1. No category

1
STUDENTEXAMENSPROVET I FYSIK
NÄMNDEN 14.9.2015
Högst 8 uppgifter får besvaras. Uppgifterna bedöms efter skalan 0–6 poäng, förutom
jokeruppgifterna som är mer krävande än de andra uppgifterna och som är markerade
med ett +. De bedöms efter skalan 0–9 poäng. I uppgifter med flera moment, till exempel
a-, b- och c-moment, kan maximiantalet poäng för enskilda undermoment meddelas för sig.
1. Betrakta omvandlingen av energi från en form till en annan i händelserna A, B och C. Betrakta
endast de energiomvandlingar som är väsentliga för händelsens uppkomst.
A. En bok faller från en hylla.
B. En glödlampa som är kopplad till ett batteri lyser och batteriet töms.
C. Luften inne i en varmluftsballong uppvärms genom att flytgas förbränns, och då börjar
ballongen lyfta.
I tabellen är dessa händelser och energiformer listade.
En kropps
rörelseenergi
En kropps
potentialenergi
Kemisk
energi
(Inre energi)
Strålningsenergi
A
B
C
Kopiera tabellen till ditt svarspapper och märk i varje ruta i tabellen:
+ , om det i händelsen uppstår energi av det aktuella slaget.
– , om det i händelsen försvinner energi av det aktuella slaget.
0 , om det i händelsen varken uppkommer eller försvinner energi av det slaget.
2. Saturn V-raketen användes som bärraket under Apolloprogrammet. Den 16 juli 1969 skickade
Saturn V den första människan till månen med rymdfärden Apollo 11. Tabellen visar flyghöjden
och hastigheten för Saturn V precis efter raketens avskjutning.
h (m)
v (m/s)
0
0
4
4
13
7
32
12
55
16
83
20
103
23
a) Rita grafen för raketens hastighet som funktion av flyghöjden. (3 p.)
b) Bestäm raketens hastighet, då dess flyghöjd är 76 m. (1 p.)
c) Bestäm raketens medelacceleration under tidsintervallet 4,0 s ... 6,0 s, då raketen stiger från
höjden 25 m till höjden 48 m. (2 p.)
3. Mattias tillverkar diskvatten under stugförhållanden. Först hämtar han 6,0 liter sjövatten, som
har temperaturen 19 °C, med en hink. Därefter tar han 1,2 liter vatten ur hinken och värmer
detta vatten till temperaturen 95 °C i en vattenkokare. Vattnet uppvärms under 230 s i vattenkokaren. I vattenkokarens produktbeskrivning meddelas att kokarens effekt är 2,0 kW.
a) Beräkna vattenkokarens verkningsgrad. Värmeväxling med omgivningen beaktas inte.
b) Mattias häller tillbaka det heta vattnet i hinken och rör om. Hur hög är diskvattnets
sluttemperatur?
2
4. Redogör kort för hur färgerna i följande situationer uppstår.
a) Då vitt ljus träffar ett prisma kommer det ut ett solfjäderformigt flerfärgat ljus (bild 1).
b) I en oljefläck på ytan av en vattenpöl syns färger (bild 2).
bild 1
bild 2
<http://www.ljindustries.com>. Hämtad 27.10.2014. <http://en.wikipedia.org>. Hämtad 27.10.2014.
5. Ett minitåg i en nöjespark består av en lokbil och två passagerarvagnar. Tåget börjar röra sig
med accelerationen 0,32 m/s2 i den riktning som figuren visar. Den sammanlagda massan för
lokbilen och lokföraren är 650 kg och massan för en passagerarvagn, inklusive passagerarna,
är 750 kg.
a) Rita tre figurer av vilka framgår de krafter som
verkar på lokbilen och på de båda vagnarna då tåget
B
A
börjar röra sig. Luftmotståndet och rullmotståndet
beaktas inte.
b) Hur stora vågräta krafter verkar på vagnen A när
tåget sätter sig i rörelse?
6. När ett barn gungar är gungans största avvikelse från jämviktsläget 45°. Gungans rep är 2,5 m
långa. Bestäm storleken på barnets hastighet och acceleration då gungan är
a) i extremläget
b) i jämviktsläget.
Gungan och barnet kan beskrivas som en matematisk pendel med en svängarm som är lika lång
som gungans rep.
7. Figur 1 visar grafen för potentialen i likströmskretsen (figur 2). Resistanserna för motstånden
är R1 = 2,0 Ω och R2 = 14 Ω. Svara på följande frågor och motivera dina svar. Hur stor är
a) polspänningen för spänningskällan
b) den inre resistansen för spänningskällan
c) strömmen i kretsen?
figur 1
figur 2
3
8. I en tom spole går en konstant likström. Den magnetiska flödestätheten mäts i närheten av spolens ända med
givaren A.
a) En järnstång sätts in i spolen. Den magnetiska
flödestätheten mäts i samma punkt. På vilket sätt
avviker mätresultatet från resultatet för den tomma
spolen? Motivera. (3 p.)
b) Järnstången byts ut mot en aluminiumstång. Den
magnetiska flödestätheten mäts i samma punkt. På
vilket sätt avviker resultatet från resultatet för den
tomma spolen och från resultatet i a-fallet? Motivera. (2 p.)
c) Hur skulle a-fallets resultat förändras om järnstångens temperatur skulle vara 850 °C? (1 p.)
9. a) Förklara principen för radiokolmetoden (C–14-metoden).
b) I en forntida grav i Janakkala hittades 2013 två svärd utöver den avlidne. Det ena svärdet
daterades till vikingatiden 950–1050 och det andra var från tiderna för korstågen 1050–
1200. Gravens ålder bestämdes med hjälp av radiokolmetoden. Förhållandet mellan antalet
14
C- och 12C-kärnor (isotopförhållandet) i ett prov som togs från den avlidnes överarm var
1,12 ∙ 10-12. Från vilket århundrade var graven, då vi vet att motsvarande isotopförhållande i
levande vävnad är 1,22 ∙ 10-12? Hade det blivit fel om dateringen av graven och den avlidne
hade gjorts endast utifrån föremålen?
10.
En rätvinklig L-formad kropp är gjord av en tunn
och hård stålskiva. Kroppen är i enlighet med figuren
placerad på ett vågrätt underlag. I underlaget finns
en liten förhöjning som förhindrar att kroppen glider.
Massan för kroppen är 5,5 kg, den lodräta delens höjd
är 62 cm och den vågräta delens längd är 31 cm. Skivans tröghetsmoment kring axeln A är 0,529 kgm2.
En cylinderformad kula (massa 10,2 g, längd 16,7
mm och hastighet 235 m/s) träffar i enlighet med figuren kroppen i den lodräta delens mittpunkt. Kollisionen är oelastisk. Kulan retarderar likformigt och
tillplattas till en tunn skiva som inte fastnar i kroppen.
a) Anta att kroppens möjliga rörelse under kollisionen är mycket liten. Med hur stor kraft verkar
kulan på kroppen?
b) Visa att kroppen börjar luta på grund av träffen.
4
11.
De luftfyllda kondensatorerna A och B samt ett
9,0 V:s batteri är kopplade enligt figuren. Kondensatorerna är annars likadana, men bredden
på kondensator A:s luftspalt är 1,2 mm och
bredden på B:s luftsspalt är 2,4 mm. Kapacitansen för kondensator A är 15 pF. Till en början är båda kondensatorerna oladdade.
a) Omkopplaren vänds mot vänster, varvid kondensator A kopplas till batteriet. Man väntar
tills elströmmen i kretsen upphör. Hur stor är då laddningen och energin för kondensator
A?
b) Rita en fältlinjerepresentation för elfältet som existerar mellan skivorna på kondensator A.
Hur stor är styrkan för detta elfält?
c) Omkopplaren vänds mot höger (streckade linjen), varvid kondensator A först kopplas loss
från batteriet och därefter kopplas till kondensator B. Man väntar tills elströmmen i kretsen
upphör. Hur stor är spänningen för kondensator A, spänningen för kondensator B och
summan av kondensatorernas energier?
+12.
Stjärnor uppkommer ur gas och damm. Hurdan är stjärnornas livscykel? Behandla i ditt svar
livscykeln för en stor och en liten stjärna var för sig. Hurdan är solens livscykel?
+13.
Franck-Hertz försök är ett av de centrala experiment som gjorts för att klarlägga atomernas
struktur. Som experimentapparat fungerar ett gasurladdningsrör fyllt med kvicksilverånga, se
figur 1. I experimentet accelereras elektroner som frigjorts från rörets katod K mot metallnätet
G med en accelerationsspänning U. Elektronerna passerar genom kvicksilverångan, och då
kolliderar de med kvicksilveratomer. Elektronerna samlas vid experimentapparatens anod A.
Med strömmätaren i kretsen observeras en elström. I experimentet ökas elektronernas accelerationsspänning stegvis, och då förändras elströmmen enligt figur 2.
När det första maximivärdet i elströmmen uppnås, observerar man att kvicksilverångan sänder
ut ultraviolett strålning. Den ultravioletta strålningen har en viss våglängd. När accelerationsspänningen ökar förblir våglängden för den ultravioletta strålningen oförändrad.
a) Vad händer med kvicksilveratomerna i experimentet och hur förklaras förändringarna i den
uppmätta strömmen? Vad berättar experimentet om kvicksilveratomernas struktur? (6 p.)
b) Beräkna med hjälp av figur 2 den ultravioletta strålningens våglängd. (3 p.)
G
K
A
ström (mA)
figur 1
accelerationsspänning (V)
figur 2