Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Transkript

1 TENTAMEN I FYSIK FÖR n1, 9 JANUARI 2004 Skrivtid: Hjälpmedel: Formelblad och godkänd räknare. Obs. Inga lösblad! 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 3 poäng. På varje uppgift görs en helhetsbedömning. För godkänt krävs minst 12 poäng. Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad! t x 1. En plan ljudvåg beskrivs av ekvationen s = Asin 2π ± + α T λ a) Bestäm med hjälp av diagrammen nedan värden på A, T, λ och α samt avgör vågens utbredningsriktning. b) Bestäm vågens utbredningshastighet samt maximala partikelhastigheten. 2. I en engångskamera består sökaren av två tunna plastlinser. Liksom en dörrkikare är sökaren uppbyggd som en omvänd Galileikikare. Objektivet är en plankonkav lins med krökningsradien 12,0 mm. Okularet har brännvidden +48,0 mm. a) Anta att plastens brytningsindex är 1,5 och bestäm objektivets brännvidd. b) Vilket avstånd är det mellan objektiv och okular när sökaren är normalställd? Normalställd betyder som vanligt att parallellt ljus in i sökaren ger parallellt ljus ut ur sökaren. c) Avståndet mellan objektivet och okularet i engångskamerans sökare är nu 20,0 mm. (Sökaren är alltså inte normalställd!) Var hamnar sökarens bild av ett avlägset föremål? Ange svaret i förhållande till objektivet.

2 3. Figuren nedan visar två resonanser i hörselgången till ett mänskligt öra. a) Bestäm ljudhastigheten i vår hörselgång genom att anta att luftens temperatur där är 35 C. b) Använd diagrammet för att bestämma längden på hörselgången. c) I diagrammet syns bara två resonanser. Borde det finnas fler inom det hörbara området? Motivera ditt svar med en beräkning. 4. På en laboration bestämde du hastigheten på ett leksakståg med hjälp av dopplereffekten. Vid ett likadant experiment användes mikrovågsfrekvensen 26,0 GHz. Eftersom det är omöjligt att på ett oscilloskop registrera så höga frekvenser, mättes istället svävningsfrekvensen mellan de utsända mikrovågorna och de som reflekterats på leksakståget. Figuren illustrerar svävningssignalen, där den heldragna kurvan är den experimentella upptagningen. Mellan skalstrecken i figuren är det 20,0 ms. Observera att oscilloskopsignalen är likriktad. (Precis som vid din laboration.) a) Bestäm de utsända mikrovågornas våglängd och svävningsfrekvensen. b) Bestäm leksakstågets hastighet. Du får förutsätta att doppleruttrycket för experimentet är känt. v + w Doppleruttryck: fm = fs där v är v w mikrovågornas utbredningsfart, w är leksakstågets fart och f m och f s är mottagen respektive utsänd frekvens.

3 5. Fluorit, CaF 2, är ett material som transmitterar såväl synligt ljus som UV- och IR-strålning. För att bestämma brytningsindex hos CaF 2 används en Michelsoninterferometer, se figur. Interferometern är från början inställd så att den optiska vägen i båda armarna är lika lång. Ett tunt fönster av fluorit placeras i arm 1 och den rörliga spegeln i arm 2 flyttas så att den optiska vägen på nytt blir lika lång i båda armarna. a) Åt vilket håll flyttas spegeln? b) När spegeln sedan flyttas tillbaka till det ursprungliga läget räknar man till 156 mörka interferensfransar i Naljus (λ = 589,3 nm). Hur lång sträcka flyttas spegeln? c) Fluoritfönstret är 0,106 mm tjockt. Vilket brytningsindex har fluorit? 6. Nedan ser du resultatet av ett experiment med fotoelektrisk effekt vid vilket en yta belagd med kaliumoxid belysts med en kvicksilverlampa. De våglängder som utsänds från kvicksilverlampan, samt de motspänningar som använts är redovisade i tabellen. I diagrammet har motspänningen avsatts som funktion av frekvensen. Om ekvationen för den räta linjen i figuren skrivs utan enheter på formen y = kx + m blir efter anpassning k = 3,9199 och m = 1,5523. Använd givna data för att med god noggrannhet bestämma a) utträdesarbetet för kaliumoxid. Svara i ev. b) ett värde på Plancks konstant. Elementarladdningen förutsätts känd. Färg Gul Grön Blågrön Blå Violett λ/nm U/V 0,47 0,62 0,82 1,15 1,35 7. Ett rymdskepp rör sig bort från Jorden med hastigheten 0,80 c. Ett år senare lämnar ett något förbättrat och snabbare rymdskepp Jorden med hastigheten 0,90 c i samma riktning som det första skeppet. a) Hur långt bort, räknat från en observatör på Jorden, hinner det snabbare rymdskeppet ikapp det långsammare? b) Med vilken relativ hastighet passerar det snabbare skeppet det gamla rymdskeppet?

4 8. Figuren nedan visar strålningsintensiteten från ett röntgenrör som funktion av våglängden då två olika accelerationsspänningar använts. De två topparna i figuren har uppkommit efter K-skalsvakanser i anodmaterialet. a) Vilket grundämne är anoden gjord av? b) Beräkna K β -strålningens våglängd från grundämnet i anoden och jämför med upptagningen. c) Vid vilken accelerationsspänning är den undre kurvan (utan toppar) upptagen? Lycka till!

5

6