Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Transkript

1 Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet Datum för tentamen Sal (1) Om tentan går i flera salar ska du bifoga ett försättsblad till varje sal och ringa in vilken sal som avses TER3 Tid Kurskod TFYA58 Provkod TE1 Kursnamn/benämning Provnamn/benämning Institution IFM Antal uppgifter som ingår i tentamen Jour/Kursansvarig Ange vem som besöker salen Fysik En skriftlig tentamen 8 Ragnar Erlandsson Telefon under skrivtiden , Besöker salen ca kl. 14:30, 17:00 Kursadministratör/kontaktperson (namn + tfnr + mailaddress) Tillåtna hjälpmedel Övrigt Vilken typ av papper ska användas, rutigt eller linjerat Antal exemplar i påsen Agne Virsilaite Maras, Tel: 1229, agnvi@ifm.liu.se På föreläsning utdelat formelblad. Avprogrammerad räknare. Lösningar läggs ut på kursens hemsida. Rutigt 1

2 TEKISKA HÖGSKOLA i LIKÖPIG Institutionen för Fysik, Kemi och Biologi Ragnar Erlandsson Tentamen i Fysik för M, TFYA58 Torsdag kl. 14:00-18:00 Tillåtna Hjälpmedel: På föreläsning utdelat formelblad Avprogrammerad räknedosa enlig IFM:s regler. Ragnar Erlandsson kommer att besöka tentamenslokalen två gånger under tentamenstiden, och är anträffbar på tel: eller Lösningsförslag läggs ut på kurshemsidan efter tentamen. Införda beteckningar skall definieras, ekvationer motiveras och numeriskt svar alltid utskrivas med enhet. Alla steg i lösningarna måste kunna följas. Lösningar skall, där det är motiverat, åtföljas av figur. Skriv bara på ena sidan av varje blad, och endast en uppgift per blad. Skriv ID-nr och kurskod på varje inlämnat blad. Tentamen består av en del med vågfysik (uppgift 1-3) och en del med ellära (uppgift 4-8). Första uppgiften i vardera del består av 4 stycken teorifrågor av flervalstyp som ger 1p vardera. Övriga problem ger även de maximalt 4p, så den maximala poängen är alltså 32. För godkänt krävs totalpoäng enligt nedan, samt minst 3p på vågrörelseläran och 5p på elläran. Preliminära betygsgränser: 3: 13-19,5 4: 20-25,5 5: Lycka till! 2

3 Del 1. Vågfysik Uppgift 1, teori Frågorna nedan ger 1p var vid korrekt svar. Det räcker att ange svarsalternativ. Fler än ett alternativ kan vara rätt! Samtliga korrekta alternativ måste anges för att få poäng. Minuspoäng tillämpas ej. Om ni tycker någon fråga är oklar eller ni vill förtydliga något, skriv en textkommentar! 1. Figuren visar avvikelsen från jämviktsläget för en våg som utbreder sig i x-riktningen på en sträng plottad som funktion av koordinaten x för t=0 samt som funktion av tiden t för x=0. Beteckningarna för tre av de viktigaste parametrarna som beskriver en våg är dock ej de vi normalt använder. Para ihop figurens beteckningar med de som angivits nedan. Våglängd λ Period T Amplitud A Μ Ν L 2. Figuren visar två kameraexponeringar av en stående våg på en sträng. är bilderna togs var strängens avvikelse från jämviktsläget maximal. Den stående vågen kan ses som en superposition av två motriktade vågor med våglängd λ och periodtid T. Vilket/vilka av påståendena nedan gäller? L M a) Avståndet mellan infästningspunkterna (1 och 3) är λ. b) Den kortast tänkbara tiden mellan exponeringarna är T. c) Mitt mellan infästningspunkterna (2) rör sig strängen aldrig i vertikal riktning. d) Strängen svänger med sin lägsta frekvens, den s.k. grundfrekvensen. 3. är man arbetar med speglar är det viktigt att veta hur vissa strålar, de s.k. "principle rays" beter sig när de reflekteras. Antag att du har en konkav sfärisk spegel med objektavståndet större än dubbla fokalavståndet. V (Vertex) betecknar spegelns skärningspunkt med optiska axeln, och C centrum för dess krökning. Vänstra kolumnen anger ingående stråles riktning. Para ihop dessa med högra kolumnen. Parallell med optiska axeln Mot Vertex Genom fokalpunkten Genom C reflekterad stråle beter sig som om spegeln var plan reflekterad stråle går i motsatt riktning mot infallande reflekterad stråle går genom fokalpunkten reflekterad stråle är parallell med optiska axeln 4. Du gör ett experiment där du belyser en ideal dubbelspalt med spaltavstånd d med koherent laserljus varvid du erhåller ett antal ljusa linjer med samma avstånd x mellan sig på en skärm på avståndet R från spalterna. Vilket/vilka av påståendena nedan gäller? a) Om du byter till en laser med längre våglängd hos ljuset så ökar x. b) Om du ökar avståndet till skärmen R så ökar x. c) Om du ökar spaltavståndet d så ökar x. d) Om du sänker ned hela uppställningen i vatten (den var tidigare i luft) så ökar x. 3

4 Uppgift 2 En sträng orienterad längs x-axeln har den linjära masstätheten 5,0 g/cm och spänns med kraften 10. En harmonisk våg med amplitud 0,12 mm och frekvens 100 Hz rör sig i negativ x-riktning. Ange vågens ekvation. (4p) Uppgift 3 En person står vid en järnvägskorsning samtidigt som ett tutande tåg kör förbi. är tåget närmar sig uppfattar personen frekvensen 219 Hz, och när tåget är på väg bort uppfattas frekvensen 184 Hz. Sätt ljudhastigheten till 340 m/s. a) Bestäm tågets hastighet. (2p) b) Bestäm tutans frekvens. (2p) Del 2. Ellära Uppgift 4, teori (se instruktioner för uppgift 1) 1. är man använder Kirchoff s "loop rule" adderar man spänningsändringar över resistorer och emf:er. Vilket/vilka av påståendena nedan gäller? a) För ett motstånd är spänningsändringens tecken beroende av strömriktningen. b) För en emf är spänningsändringens tecken beroende av strömriktningen. c) För en emf är spänningsändringens belopp beroende av strömmens belopp. d) Om man adderar spänningsändringarna för samtliga komponenter i ett helt varv av en sluten krets erhålls ett värde vars tecken beror av den riktning man väljer. 2. Vilken/vilka av följande storheter anges med en vektor? a) Elektrisk potential b) Elektriskt fält c) Elektrisk strömtäthet d) Elektriskt flöde 3. Du stoppar in en skiva av ett isolerande material mellan två kondensatorplattor. Vad händer med kapacitansen? a) Kapacitansen ökar alltid. b) Kapacitansen minskar alltid. c) Kapacitansen kan både öka och minska, det beror på materialet. d) Kapacitansen påverkas ej. 4

5 4. Den streckade linjen markerar ett tvärsnitt av en Gauss yta S som omsluter laddningarna q 1 och q 2. Punkten P ligger på ytan S. Vilket/vilka av påståendena nedan gäller? a) Det elektriska fältet måste vara noll överallt på ytan S. b) Det elektriska fältet i punkten P beror enbart av laddningarna q 1 och q 2. c) ettoflödet Φ E av det elektriska fältet ut ur ytan S beror enbart av laddningarna q 1 och q 2. d) Det elektriska fältet innanför ytan S måste vara noll överallt. S Uppgift 5 Tre identiska punktladdningar som var och en har laddningen +1 µc är placerade i tre av hörnen på en kvadrat med sidlängd 1 m. Beräkna nettokraften (storlek och riktning) på en punktladdningen med storlek 3 µc om den placeras i kvadratens fjärde hörn. (4p) Uppgift 6 I kretsen till höger har de elektromotoriska spänningarna (emf på engelska) och resistanserna följande värden: ε 1 = 4,4 V, ε 2 = 2,1 V, r 1 =2,3 Ω, r 2 = 1,8 Ω och R = 5,5 Ω. a) Beräkna strömmen i kretsen till storlek och riktning. (den markerade strömriktningen definierar positiv riktning). (3p) b) Beräkna spänningen V ab över batteri 1, (1p) 5

6 Uppgift 7 I figuren till höger är R=15,0 Ω, C=4,70 µf och L=25,0 mh. Spänningskällan alstrar en sinusformig spänning med rms-värdet 75,0 V och frekvensen f=550 Hz. a) Bestäm strömmens rms värde. (1p) b) Bestäm rms spänningarna V ab, V bc, V cd, V bd och V ad. (2p) c) Bestäm medelvärdet av den avgivna värmeeffekten i resistansen, kondensatorn respektive induktansen. (1p) Uppgift 8 En kvadratisk ledande slinga med motståndet 5,5 Ω och sidan 25,0 cm befinner sig i ett inhomogent magnetfält vars belopp beskrivs av sambandet B(y, t) = 4,0 t 2 y där t ges i sekunder och y i meter. Fältet är riktat i positiv z-riktning, dvs. vinkelrät ut ur figurens plan. Beräkna den inducerade strömmen i slingan, till storlek och riktning vid tiden t = 2,5 s. (4p) B 6