Download Report

Linköpings Universitet
Institutionen för fysik, kemi och biologi
Marcus Ekholm
BFL102/TEN1: Fysik 2 för basår (8 hp)
Tentamen Fysik 2
20 mars 2015
8:00–12:00
Tentamen består av 6 uppgifter som vardera kan ge upp till 4 poäng.
Lösningar skall vara välmotiverade samt följa en tydlig lösningsgång. Låt
gärna din lösning åtföljas av en figur. Numeriska värden på fysikaliska storheter skall anges med enhet. Det skall tydligt framgå av redovisningen vad
som är det slutgiltiga svaret på varje uppgift. Markera gärna ditt svar med
exempelvis ”Svar: ”.
Skriv bara på ena sidan av pappret, och behandla högst en uppgift per
blad. Skriv AID-nummer på varje blad!
Tillåtna hjälpmedel:
• räknedosa (även grafritande) med tömt minne
• formelsamling — Ekholm, Frænkel, Hörbeck: Formler & tabeller i
fysik, matematik & kemi för gymnasieskolan, Konvergenta HB
Preliminära betygsgränser:
betyg 3
betyg 4
betyg 5
10 poäng
15 poäng
19 poäng
Examinator, Marcus Ekholm, besöker skrivningssalen vid två tillfällen och
nås i övrigt via telefon, nr 013-28 25 69.
Lycka till!
1
150320 BFL102
Uppgift 1
a) Figuren nedan visar två pulser på ett rep. Pulserna rör sig mot
varandra med farten 1 cm/s. Skissa repets utseende efter 2 s.
y/cm
1
1
x/cm
(2 p)
b) Ljus faller in mot en plan glasyta som befinner sig i luft, med
infallsvinkeln 30,0◦ . Glaset har brytningsindex 1,55. Bestäm reflektionsoch brytningsvinklarna.
(2 p)
Uppgift 2
a) En snickare håller i ena änden av en planka som vilar mot ett stöd,
vilket illustreras i figuren nedan. Plankan är 3,00 m lång och är homogen
Tuesday, March 17, 2015
med massan 7,80 kg. Stödet ligger an mot plankan på avståndet
d = 1,00 m ifrån änden. Hur stor kraft F måste snickaren prestera för att
hålla plankan horisontellt?
F
d
(2 p)
!
b) En bil kör över en kulle. Sedd ifrån
sidan kan krönet på kullen ses som en
cirkelbåge med radien r = 65 m. Hur stor
är den högsta hastighet, v, som bilen kan
hålla under sin väg över krönet, utan att
börja lätta från marken?
(2 p)
2
150320 BFL102
Uppgift 3
a) Man belyser en metallyta med en lampa så att elektroner frigörs från
ytan. Förklara utifrån fysikaliska principer vilket av nedanstående
alternativ som gör följande mening sann:
Antalet elektroner som frigörs varje sekund ifrån ytan är proportionellt mot
(A)
(B)
(C)
(D)
intensiteten hos det infallande ljuset.
frekvensen hos det infallande ljuset.
våglängden hos det infallande ljuset.
utträdesarbetet för metallytan.
(1 p)
b) Antag att det krävs energin 23 eV för att jonisera en viss atom då den
befinner sig i grundtillståndet. Då en elektron övergår från nivån med
kvanttalet n = 4 till grundtillståndet utsänds ljus med våglängden 155 nm.
Ange värden för energin hos nivå n = 4 samt grundtillståndet. Uttryck ditt
svar i enheten eV.
(2 p)
c) Hur många spektrallinjer kan man som högst detektera då atomen i
uppgift b) övergår direkt eller indirekt från tillståndet med n = 4 till
grundtillståndet?
(1 p)
Uppgift 4
a) Figuren nedan visar två laddade partiklar som rör
sig med samma hastighet i närheten av en elektrisk
ledare. Ledaren för strömmen I och ligger i samma plan
som de båda partiklarna. De magnetiska krafterna som
verkar på partiklarna har samma storlek och riktning.
Vilket av påståendena nedan är korrekt? Motivera ditt
svar utifrån fysikaliska principer.
(A)
(B)
(C)
(D)
I
Q1
Laddningarna har samma tecken, och |Q1 | > |Q2 |.
Laddningarna har olika tecken, och |Q1 | > |Q2 |.
Laddningarna har samma tecken, och |Q1 | < |Q2 |.
Q1 = −Q2
Q2
(1 p)
b) En rak ledare med längden 4,0 cm befinner sig i ett homogent
magnetfält med flödestätheten 0,30 T. Den ingår i en sluten krets med
totala resistansen 20 mΩ. Genom en yttre kraft tvingar man ledaren att
röra sig med den konstanta hastigheten 5,0 cm/s i ett plan vinkelrätt mot
flödestätheten. Hur stor ström kommer att flyta i kretsen?
(2 p)
c) Hur stort arbete måste man minst uträtta under 1,0 s av
förflyttningen?
(1 p)
3
150320 BFL102
Uppgift 5
Figuren nedan visar en principskiss för ett instrument att mäta elektroners
hastighet. Elektroner får träda in med vinkeln 45◦ mellan två parallella
plattor med inbördes avstånd 6,00 cm, och som ansluts till en spänning. I ett
experiment lyckades man få en elektronstråle att nätt och jämnt tangera den
övre plattan vid punkten P då spänningen var U = 1,1954 kV. Genom att
mäta sträckan x kunde man bestämma elektronernas hastighet vid inträdet
till 29 Mm/s.
P
U
+
45°
x
45°
a) Beräkna elektronernas kinetiska energi i punkten P , då de nätt och
jämnt tangerar övre plattan.
(2 p)
b) Bestäm sträckan x i figuren, det vill säga avståndet mellan elektronens
inträdes- och utträdespunkter.
(2 p)
Uppgift 6
a) En högtalare alstrar ljud genom att ett cirkulärt membran vibrerar.
Vibrationerna fortplantar sig i luften i form av ljudvågor. Vid en viss ton
utför membranets mittpunkt en harmonisk svängningsrörelse med
amplituden 0,01 mm. Det går 0,65 ms mellan att den har högst hastighet
och högst acceleration. Beräkna den högsta hastigheten som den uppnår
under rörelsen.
(2 p)
b) Högtalaren placeras nu med membranet horisontellt, och ett litet
metallgem läggs i membranets mitt. Då man ansluter en växelström
svänger membranet med frekvensen 50 Hz. Då man ändrar strömmen
genom högtalaren ändras svängningsamplituden. Vid en viss strömstyrka
börjar det skramla om gemet. Hur stor är då svängningsamplituden?
(2 p)