Kaströrelse
1.
En liten kula, som vi kallar kula 1, släpps ifrån en höjd över marken. Exakt
samtidigt skjuts kula 2 parallellt med marken ifrån samma höjd som kula
1. Luftmotståndet som verkar på kulorna är försumbart. Motivera utifrån
fysikaliska principer vilket av följande påståenden som bäst beskriver den
efterföljande situationen.
(A) Kula 1 träffar marken först.
(B) Kula 2 träffar marken först.
(C) Kula 1 och 2 träffar marken samtidigt.
2.
I en fysiklaboration skjuts en liten kula iväg parallellt med marken ifrån
kanten på ett bord. Bordet är 1,1 m högt. Om man vill att kulan ska träffa ett
mål på marken 3,3 m ifrån bordet, hur stor ska då kulans utgångshastighet,
v0 , vara?
v0
3,3 m
1,1 m
Vågor
3.
På ett rep som är fäst i en vägg har man knytit fast ett band i punkten R,
vilket illustreras i figuren nedan. Genom att ta tag i repet vid O och röra
handen vinkelrätt mot repet lyckas man åstadkomma en puls som fortplantar
sig mot R. Kan man få pulsen att nå R på kortare tid genom att röra handen
snabbare? Motivera ditt svar utifrån fysikaliska principer.
O
R
1
4.
En gitarrsträng har längden 60,0 cm. Grundtonens frekvens är 440 Hz.
a) Bestäm grundtonens våglängd.
b) Hur snabbt utbreder sig en fortskridande våg på strängen?
5.
Två identiska punktformiga högtalare är placerade på 60,0 centimeters avstånd. Högtalarna kopplas i fas till en tongenerator som är inställd på frekvensen 2800 Hz.
1,4 m
0,60 m
Q
P
A
Punkten A ligger mitt emellan högtalarna. En mikrofon flyttas från A till
P längs den räta linjen AP . När mikrofonen därefter flyttas längs den räta
linjen P Q sjunker först ljudnivån för att sedan öka igen tills mikrofonen når
punkten Q, som ligger 30,0 cm ifrån P . Man konstaterar att i punkten Q
föreligger ett ljudmaximum. Bestäm ett värde på ljudhastigheten ur dessa
uppgifter.
6.
På en CD-skiva har man kodat information genom att göra försänkningar i
skivans yta som är placerade längs (spiralformade) spår. Spåren löper kring
skivans rotationsaxel och har konstant inbördes avstånd.
I en laboration försöker man mäta hur tätt spåren ligger genom att belysa
skivan med en laser under vinkelrätt infall. Spåren gör att ljuset sprids som
från punktkällor, vilket ger upphov till ett interferensmönster. Laserstrålen
har våglängden 633 nm, och passerar genom ett hål i en skärm som är
placerad på avståndet L = 23 cm från CD-skivan. Experimentuppställningen
illustreras i skissen nedan.
2
laserkälla
skärm
L
CD-skiva
a) På skärmen kan man se fläckar av reflekterat laserljus. Man markerar
fläckarnas avstånd från hålet på skärmen. Resultatet visas i grafen nedan.
−30
−20
−10
0
[ cm ]
10
20
30
Bestäm ett värde på avståndet mellan spåren på CD-skivan.
b) Antag att hela försöksuppställningen skulle nedsänkas i vatten, som
har brytningsindex 1,33. Hur många ljusa fläckar skulle man då kunna se
på skärmen?
Interferens i tunna skikt
7.
En tunn film med tjockleken 0,40 µm och brytningsindex 1,50 belyses med
vitt ljus som infalller vinkelrätt mot filmen. Vilka våglängder i det synliga
området är mest framträdande i det reflekterade ljuset?
8.
Ljus med våglängden 500 nm infaller vinkelrätt mot en kilformad tunn film
med brytningsindex 1,50. Man observerar härvid ett antal mörka linjer med
det inbördes avståndet 0,33 cm. Hur stor är kilens vinkel?
3
Elektriska fält
9.
a) I figuren nedan visas elektriska fältlinjer. I vilken av punkterna A, B,
C, D är den elektriska fältstyrkan störst? Motivera ditt svar!
A
B
C
D
b) I vilken av punkterna A, B, C, D i figuren ovan skulle en liten positivt
laddad partikel ha lägst potentiell energi? Motivera ditt val!
10.
Två horisontella metallplattor monteras parallellt med varandra och har
det inbördes avståndet 3,0 cm. Plattorna kopplas till en spänningskälla, och
den undre plattan jordas. En oljedroppe med massan 23 pg ges en elektrisk
laddning och förs därefter in mellan plattorna. Då den övre plattans potential justeras till 0,19 kV lyckas man få oljedroppen att sväva i vila. Beräkna
oljedroppens laddning. Ange både storlek och tecken.
Wednesday, August 14, 2013
11.
Två joner med lika stora laddningar skjuts ifrån samma läge, med samma
hastighet, in i ett homogent elektriskt fält, E, under rät vinkel mot fältet.
Partiklarna avlänkas av det elektriska fältet enligt figuren nedan.
E
1
2
Vilket av följande påståenden är sant då jonerna lämnat fältet? Motivera
ditt svar utifrån fysikaliska principer.
(A) Rörelsemängden är bevarad för båda partiklarna.
(B) Båda har lika stora hastigheter.
(C) Partikel 1 har störst hastighet.
(D) Partikel 2 har störst hastighet.
4
#"
!
%"
!
(1 p)
b) En jon med laddningen 0,16 aC och massan 6,6 · 10−26 kg rör sig med
hastigheten 34 km/s vinkelrätt mot fältlinjerna i ett homogent magnetfält.
Hur stor ska denfält
magnetiska flödestätheten vara för att jonens bana ska
Magnetiska
beskriva en cirkelbåge med radien 9,5 cm?
(2 p)
12.
c) Figurerna
visarparallella
två parallella
ledare.
I den
övre
ledaren
Figurerna
nedannedan
visar två
ledare.
I den
övre
ledaren
gårgår
strömmen
strömmen
1
A
åt
höger.
I
den
nedre
ledaren
går
strömmen
2
A
åt
1 A åt höger. I den nedre ledaren går strömmen 2 A åt vänster.vänster.
I vilken av
I vilken av nedanstående figurer återges bäst krafterna som verkar mellan
nedanstående figurer återges bäst krafterna som verkar mellan ledarna?
ledarna?
(A)
(B)
1A
2A
(C)
1A
2A
(D)
1A
2A
1A
2A
(1 p)
13.
I figurerna nedan visas en stavmagnet i närheten av spole. Spolen ansluts
till en amperemeter som mäter strömmen genom spolens lindnings–
varv. I vilket av nedanstående fall kommer strömmen att vara störst?
A)
C)
B)
v
D)
v
5
v
14.
Figuren nedan föreställer en elektrisk ledare som befinner sig i ett homogent
magnetfält, B.
Ledaren bildar vinkeln α = 30◦ med de
magnetiska fältlinjerna. Den magnetiska
B
flödestätheten är B = 0,38 T. Strömmen
α
I = 2,0 mA flyter genom ledaren åt höger
i figuren. Bestäm kraften som verkar på
I
varje meter av ledaren till storlek och riktning.
15.
Genom strömledarna i figuren nedan flyter strömmarna I1 = 1,2 A, respektive I2 = 2,4 A. Punkten P befinner sig på avståndet d = 1,0 cm ifrån varje
ledare. Beräkna flödestätheten magnetfältet som ledarna alstrar tillsammans
i P . Rita också en figur där fältets riktning i P framgår.
I2
d
I1
P
d
16.
En cylindrisk spole har diametern 4,0
cm och är lindad med 800 varv. En
N
S
stavmagnet förs mot spolen under en
halv sekund på det sätt som figuren
nedan visar.
Antag att flödestätheten från stavmagnetens fält vid spolen ökar likformigt
från 0,05 till 0,1 T under rörelsen. Hur stor spänning skulle man då uppmäta
mellan spolens anslutningar? Ange också hur den inducerade strömmen skulle gå genom spolens lindningar.
6
17.
En cirkulär spole med diametern 3,0 cm
är lindad med 750 varv. Inuti spolen hålls
en magnet i vila.
S
N
Då man sliter bort magneten registreras spänningen e i spolen som funktion
av tiden t enligt grafen nedan.
50
e [ mV ]
40
30
20
10
0
0
0.5
1
1.5
t[s]
2
2.5
3
Bestäm hur stor den magnetiska flödestätheten var i spolen vid t = 0. Ange
riktningen för strömmen genom spolens lindningsvarv. Motivera ditt val
noggrant.
18.
a) Linnéa för en kvadratisk ledarslinga med konstant hastighet
v = 10 cm/s genom ett 15 cm brett område med ett homogent magnetfält,
vilket visas i skissen nedan. Magnetfältet kan anses vara noll utanför de
streckade linjerna i figuren, men ha konstant flödestäthet B = 0,12 T
överallt innanför. Slingan har sidlängden L = 5,0 cm och dess resistans är
0,15 mΩ. Rita en graf över strömstyrkan i slingan som funktion av tid,
från dess att slingan börjar träda in i fältet, tills då hela slingan är ute.
Ange också strömmens riktning under denna tidsperiod.
B
v
L
L
3L
b) Hur stort arbete uträttar Linnéa i experimentet ovan, från dess att
slingan börjar träda in i fältet, tills då hela slingan är ute?
7
Kvantfysik
19.
En metallyta av kalium har utträdesarbetet 2,25 eV. Ljus med vågländen 446
nm infaller mot metallytan. Hur stor är den största energi som fotoelektroner
kan få?
20.
Figuren nedan visar ett energinivådiagram för en viss atom. Atomen exciteras genom att ljus med våglängderna 753 och 405 nm absorberas. Vilka
våglängder kan det ljus ha som sänds ut då atomen deexciteras?
n=3
6
n=2
6
n=1
21.
En rymdfarkost drivs med hjälp av ett perfekt reflekterande segel med arean
10,0 m2 , som är riktat mot Solen. Farkosten befinner sig på avståndet 108 Gm
från Solen, som kan anses vara en absolut svart kropp med temperatur
5800 K. Hur stor strålningseffekt når seglet från Solen?
8
22.
1964 upptäcktes den kosmiska bakgrundsstrålningen. Den består av fotoner
från universums tidiga utveckling som fyller universum. Man kan alltså betrakta rymden som en fotongas med samma energifördelning som i en svartkropp. Grafen nedan visar emittans per våglängdsenhet, mλ , som funktion
av våglängd, λ, för den kosmiska bakgrundsstrålningen. mλ är normerad så
att dess största värde är 1.
1
0.9
0.8
mh / (mh) max
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.5
1
1.5
h [mm]
2
2.5
3
a) Bestäm den temperatur som motsvarande svartkropp skulle ha.
b) Antag att bakgrundsstrålningen är homogen och faller in mot
jordytan under rät vinkel. Beräkna ett värde på hur mycket energi som en
horisontell cirkelskiva med radien 1 m tar emot varje sekund.
9