Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Transkript

1 TENTAMEN I FYSIK FÖR n, 14 JANUARI 2010 Skrivtid: Hjälpmedel: Formelblad och räknare. Börja varje ny uppgift på nytt blad. Lösningarna ska vara väl motiverade och försedda med svar. Kladdblad rättas inte! Betyg: Varje korrekt löst uppgift ger 6 poäng. På varje uppgift görs en helhetsbedömning. För godkänt krävs minst 24 poäng. Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad! Här kommer först några inledande frågor. Observera att svar utan motivering inte ger poäng. Getty 1. a) I mikrovågsugnar finns numera en roterande bottenplatta som bidrar till att maten värms upp bättre. Vilken fysikalisk effekt motiverar en roterande bottenplatta? b) När man tittar under vatten är föremål som befinner sig en bit bort suddiga även för den som har normal syn. Men med ett cyklop eller ett par simglasögon på sig ser man klart. Förklara varför. c) Fotot till vänster visar lite dieselolja som spillts ut i en vattenpöl. Förklara hur färgmönstret uppkommer. Varför ser man flera olika färger? H 1 H 2 B 0,30 m 0,50 m A 1,50 m 2. Två rundstrålande högtalare H 1 och H 2 är kopplade i fas till en tongenerator som avger frekvensen 850 Hz. Högtalarna befinner sig på avståndet 1,5 m från varandra, se figuren ovan. Ljudets utbredningsfart i luft är 340 m/s. a) Hur många ljudminima uppstår på sträckan mellan högtalarna? b) Bestäm vågornas fasskillnad i punkten A. c) Hur många ljudmaxima registreras längs sträckan mellan A och B?

2 3. Dopplereffekten används i medicinska sammanhang för mätning av blodflödeshastighet. En ultraljudssignal med frekvensen f s = 2,0 MHz skickas in i en vinkel θ mot det strömmande blodet, se figuren. En liten del av ultraljudsenergin reflekteras mot röda blodkroppar och mottagaren detekterar sedan svävningsfrekvensen mellan utsänd och reflekterad frekvens. Blodkärl a) Visa att svävningsfrekvensen Δf kan skrivas 2 vblod cosθ Δ f = fs fm = fs v Ultraljudssändare/mottagare där v blod är blodflödeshastigheten, v ljudets utbredningsfart i blod och f s sändarens frekvens. För att få uttrycket ovan ska du utnyttja att blodflödeshastigheten är mycket mindre än ljudets utbredningsfart i blodet, dvs. att v blod << v. b) Beräkna blodets flödeshastighet om svävningsfrekvensen 230 Hz registreras för vinkeln θ = 25º. Ljudets utbredningsfart i blod är 1570 m/s. θ v blod 4. Gränsvinkeln för totalreflektion mot luft är för ett genomskinligt plastmaterial 39,0. a) Beräkna materialets brytningsindex. b) På en plan platta av detta plastmaterial ritas ett gult kryss på ovansidan och ett grönt på undersidan. Plattan placeras i ett mikroskop och det gula krysset på ovansidan ställs in skarpt. Hur mycket måste man höja preparatbordet som plattan ligger på för att se det gröna krysset skarpt? Plattan är 6,85 mm tjock. Ledning: Börja med att beräkna var bilden av det gröna krysset hamnar. 6,85 mm 5. En horisontellt monterad Blu-ray -skiva belyses underifrån med en diodlaser med våglängden 405 nm, se figuren. På en skärm, parallell med skivan, hamnar nollte ordningen 940 mm tillhöger om punkten P, som är punkten där normalen till skivan träffar skärmen. Ytterligare en ljusfläck uppträder 207 mm till vänster om P. (Punkten P ligger 500 mm rakt under skivan, se figuren.) a) Beräkna med hjälp av måtten i figuren infallsvinkeln α 1 mot skivan. b) Beräkna avståndet mellan spåren på skivan. Du kan anta att skivan fungerar som ett reflektionsgitter. λ = 405 nm Blu-ray -skiva α P 940 (mm) m = 0 skärm

3 6. Ljus med våglängden 10,8 nm exciterar gång på gång en fri vätelik litiumjon från grundtillståndet. a) Hur många spektrallinjer kan utsändas när jonen återgår till grundtillståndet? b) Vilken är den längsta våglängd som utsänds? Rita ett energinivådiagram och markera övergången i detta. 7. En diodlaser monterad i en Blu-ray -spelare avger ett tiotal mycket tätt liggande frekvenser runt våglängden 405 nm. Det aktiva materialet i diodlasern är indiumgalliumnitrid, InGaN, som i det aktuella fallet har brytningsindex n = 3,10. Avståndet mellan de utsända frekvenserna är 97 GHz. a) Vad beror det på att diodlasern avger flera tätt liggande frekvenser? b) Hur lång är laserkaviteten? c) Beräkna våglängdsavståndet mellan de avgivna frekvenserna. 8. Genom elektronkollisioner skapas en vakans i K-skalet på en atom från ett tungt grundämne. Den K α -strålning som skulle utsänts vid utfyllnaden av vakansen absorberas istället av en elektron i M-skalet, som lämnar atomen. Detta fenomen, att atomer gör sig av med överskottsenergi genom att skjuta iväg elektroner, kallas Augereffekt. Bindningsenergin för atomens M-skal är 2,84 kev och den utslagna M-skalselektronen har de Broglie våglängden 5,271 pm (5, m). a) Med vilken hastighet rör sig den utslagna M-skalselektronen? b) Vilket är grundämnet? Lycka till och God fortsättning på 2010!

4

5

6