Försättsblad Tentamen (Används även till tentamenslådan.) Måste alltid lämnas in. OBS! Eventuella lösblad måste alltid fästas ihop med tentamen.

Transkript

1 Försättsblad Tentamen (Används även till tentamenslådan.) Måste alltid lämnas in. OBS! Eventuella lösblad måste alltid fästas ihop med tentamen. Institution DFM Skriftligt prov i delkurs Vågrörelselära och optik Kurs/program Fysikerprogrammet Datum 28 april 2012 Antal sidor totalt 5 frågor Övrigt Tid 9-14 Provkod 1FY803 Lokal D2236 Tillåtna hjälpmedel Två sidor egna anteckningar, linjal, räknedosa Skrivningsansvarig lärare Pieter Kuiper Besöker skrivningen Kan nås på telefon eller kl. Ja kl Nej Tentamensomslag Ja, ska delas ut (svar skrivs på lösblad). Nej, ska inte delas ut (svar skrivs i tentan). OBS! Namn och personnummer ska skrivas med bläckpenna Tentandes namn (ev. kod) Personnummer (ej vid kod) Program/kurs Poäng Betyg Lärarsignum Anvisningar Inlämning av skrivning får ske tidigast efter 50 minuter (eventuellt senkomna tentander bereds därmed möjlighet att deltaga). Legitimation måste alltid finnas med. Legitimation uppvisad Ja Nej Skrivningen inlämnad kl. Skrivvaktens signum 1 (1)

2 Tabell 1: Några utvalda naturkonstanter: Namn Symbol Värde Enhet Ljushastighet c 2, m/s Elementarladdning e 1, C Plancks konstant h 6, Js h = h/2π 1, Js Finstrukturkonstanten α 1/137,04 Boltzmanns konstant k B 1, J/K Absoluta nollpunkten -273,15 C Avogadros tal N A 6, mol 1 Gaskonstanten R = k B N A 8,314 J/(mol K) Coulombkonstant 1/(4π 0 ) 8, Nm 2 /C 2 Elektriska konstanten 0 1/(µ 0 c 2 ) As/Vm Magnetiska konstanten µ 0 4π 10 7 Vs/Am = N/A 2 Elektronens massa m e 9, kg Protonens massa m p 1, kg Atomära massenheten amu 1, kg Bohr magneton eh/2m e µ B 9, J/T Bohr radie a 0 5, m Rydberg R 13,606 ev Hastighet av ljud i luft vid 1 atm och 20 C v s 343 m/s Referensintensitet för ljudnivå I 0 1, W/m 2 Brytningsindex av vatten n vatten 1,33 Brytningsindex av glas n glas 1,5 tyngdkraftens acceleration g 9,81 m/s 2 1

3 Problem 1. a) Rent allmänt, om man har en ton (av en röst eller ett musikinstrument), hur många övertoner finns det mellan grundtonens första och andra oktav? Och mellan andra och tredje oktav? (1p) b) Figuren ovan visar en ljudsignal som funktion av tid. Det är vokalen aaaa uttalad av ett barn. AU betyder arbitrary units. Vilken frekvens har grundtonen?... c) Vid vilken frekvens kan man förvänta en särskild stark överton? (1p) d) Vad gör att det är skillnad mellan ett aaaa och till exempel ett iiii? (1p) 2

4 Problem 2. Två rundstrålande ljudkällor är kopplade till samma oscillator och de avger båda en ljudeffekt på 1,0 milliwatt. Våglängden är 6 meter. a) Hur hög är frekvensen? (1p) b) Benämn interferensen (konstruktiv, destruktiv, fasskillnad) för en lyssnare på (1) 12 meter avstånd till båda, (2) 9 meter avstånd till båda, och (3) 12 meter avstånd till den högra och 9 meter till den vänstra högtalaren. (1p) c) Betrakta nu stället med 12 meter avstånd till den högra och 9 meter till den vänstra högtalaren kvantitativt. Hur stor är ljudintensiteten i db där? (1p) 3

5 Problem 3. Figuren visar en puls på en sträng vid t = 0, som rör sig till höger med en fart på 1 cm/s. Strängen är inte uniform, utan delen till höger om pricken är fyra gånger tyngre. Rita strängens utvikelse vid t = 4s. Förklara så många detaljer som möjligt. (3p) 4

6 Problem 4. a) I figuren nedan visar pilarna utbredningsriktingen av en plan våg som bryts i gränsytan mellan två medier. Givet är att utbredningshastigheten i medium 2 är större än i medium 1 och att gränsytan är rak. Rita in en gränsyta i figuren så att det stämmer med dessa uppgifter. (1p) Medium 1 Medium 2... b) Rita också vågfronterna in i figuren (särskilt nära din inritade gränsyta). (1p)... c) Om man gör något i medium 1 så att våglängden blir två gånger så stor (men vågens riktning och frekvens är samma som ovan), hur påverkar det våglängd, frekvens och utbredningsriktning i medium 2? Ge tydliga förklaringar, eventuellt med ritningar. (2p) 5

7 Problem 5. a) Någon fiskar med spjut. Hen ser en fisk i vattnet. Hur ska hen sikta: på, under, över, framför eller bakom fisken? Förklara och ge en tydlig ritning. (1p) b) Och hur ska hen göra om hen vill zappa fisken med ett ljussvärd? Förklara. (1p) c) Hur ändras ditt svar om det handlar om pyttesmå blå fiskar, och fiskarens ljussvärd är rött? (1p) 6