Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Transkript

1 Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet (fylls i av ansvarig) Datum för tentamen Sal TER1 Tid 8-12 Kurskod Provkod BFL122 TEN1 Kursnamn/benämning Fysik B för tekniskt basår, del 1 Institution IFM Antal uppgifter som 6 ingår i tentamen Antal sidor på tentamen (inkl. 5 försättsbladet) Jour/Kursansvarig Telefon under skrivtid Besöker salen ca kl. 9, 11 Kursadministratör Anette Andersson (namn + tfnnr + mailadress) Tillåtna hjälpmedel Se nästa sida! Övrigt (exempel när resultat kan ses på webben, betygsgränser, visning, övriga salar tentan går i m.m.)

2 Linköpings Tekniska Högskola IFM, MatNat Fysik tel Tentamen Fysik del 1, BFL122, Tekniskt basår lördagen den 26 mars 2011, kl 8:00-12:00 Hjälpmedel: Räknedosa Formelsamling: Ekholm m. fl., Formler & tabeller i Fysik, Matematik och Kemi, Konvergenta HB Några råd och förhållningsregler En del formler, konstanter och tabellvärden du kan behöva är givna på det sista bladet. Problemen är inte givna i svårighetsordning. Ta problemen i den ordning som känns bäst för dig! Skriv ett tydligt svar till varje uppgift. Av din lösning skall det klart framgå hur du resonerar. Använd gärna figurer för att förklara. Lämna in prydligt renskrivna lösningar. Skriv bara på ena sidan av pappret. Skriv AID-nummer på varje blad. Jag tittar in ca kl 9 och 11 för att svara på frågor om eventuella oklarheter i problemtexten. Lycka till

3 1. a) Linnéa har tillgång till fyra olika sorters kondensatorer med kapacitanserna 2.2 µf, 3.3 µf, 4.7 µf och 6.8 µf. I en viss krets hon skall bygga behöver hon använda kapacitansen 5.0 µf. Ange en hopkoppling av några av hennes kondensatorer som ger resulterande kapacitans inom intervallet 4.9 µf 5.1 µf. Beräkningar och kretsschema krävs. (2 p) b) Linnéa har en plattkondensator med plattarea 7.1 dm 2 och plattavståndet 5.0 mm. Hon skjuter in en plastskiva med kapacitivitetstalet ε r = 3.0 och tjockleken 5.0 mm mellan plattorna, så att det bara finns plast i utrymmet mellan plattorna. Kondensatorn kopplas in till en spänningskälla med polspänningen 12 V. Hur stor laddning får kondensatorn? (2 p) 2. a) Antag att man kunde bortse från luftmotstånd och placera en satellit i cirkulär omloppsbana runt jorden 1 mil över havets nivå. Vilken hastighet och vilken omloppstid skulle en sådan satellit ha? Tyngdaccelerationen g är praktiskt taget densamma på höjden 1 mil som vid havsytan. (2 p) b) Den förste som gjorde en noggrann mätning av gravitationskonstanten var Henry Cavendish i sitt berömda experiment från år Hans mätningar gav resultatet G = Nm / kg Han betraktade själv sitt experiment som ett sätt att väga jorden, dvs bestämma jordens massa. Om vi antar att jordens omkrets är km och att tyngdaccelerationen är 9.82 m/s 2, vad resulterar isåfall Cavendish mätning i för massa för jorden? (Ledning: Tyngdkraften på en kropp nära jordens yta kan skrivas på två olika sätt.) (2 p) 3. a) I ett försök som efterliknar Örsteds försök placerar Linnéa en tunn sladd 2.0 cm ovanför en liten kompassnål, så att sladden är sträckt och orienterad horisontellt i nord-syd-riktningen. Vilken storlek och riktning skall hon välja på den elektriska strömmen i sladden för att få kompassnålen att vrida sig 45º moturs och peka rakt mot nordväst? Horisontalkomposanten av det jordmagnetiska fältet är 17 µt där Linnéa befinner sig. (2 p) b) I en magnetisk masspektrometer rör sig en stråle av Ne + -joner med hastigheten 37 km/s. Strålen kommer in i ett homogent magnetfält horisontellt i riktning från syd till nord. Vilken storlek och riktning krävs på magnetfältet för att Ne-jonstrålen skall gå medurs i en cirkulär bana i horisontalplanet med radien 20 cm när strålen kommer in i magnetfältet? Ne-jonerna har en nettoladdning på en positiv elementarladdning och en massa på kg. (2 p)

4 4. a) Linus kastar ett spjut in i en sandsäck som ligger på en stillastående kälke på en blank plan is. Spjutet, som har massan 800 g och rörelseenergin 90 J, fastnar i säcken. Sandsäck och kälke har tillsammans massan 75 kg. Bestäm hastigheten för kälke med last efter att spjutet fångats upp. Bestäm även hur mycket rörelseenergi som förlorats. (2 p) b) Värlsrekordet i spjutkastning är enligt uppgift m och innehas av Jan Zelezny. Hur högt nådde spjutet om vi bortser från luftmotstånd och antar att kastvinkeln var 45º? (2 p) 5. Betrakta kretsen nedan! a) Beräkna alla strömmar i kretsen! (2 p) b) Bestäm potentialen i punkten A! (2 p) 1.0 kω 12.0 V 1.5 kω 6.0 kω A 3.0 kω 3.0 kω 6. En viss fjäder belastas med en vikt på 1.5 kg och sätts i vertikal svängning. Periodtiden uppmäts till 1.0 s och amplituden i svängningsrörelsen till 3.0 cm. a) Bestäm medelhastigheten under den tid då vikten rör sig från det undre till det övre vändläget. (1 p) b) Bestäm den maximala momentanhastigheten i svängningsrörelsen! (1 p) c) Hur mycket förlängs denna fjäder om den utsätts för en dragkraft på 10 N? (2 p)

5 Fysikaliska formler, konstanter och tabellvärden Plattkondensatorn: C A = ε d 12 Kapacitiviteten för vakuum: ε 0 för luft gäller: ε ε luft 0 = As / Vm Permeabiliteten för vakuum: µ 0 = 4π 10 Vs / Am för luft gäller: µ luft µ 0 Elektronens laddning e = C Elektronens massa 7 me = kg Gravitationskonstanten G = Nm / kg Jordradien (vid ekvatorn) Jordens massa Solens massa Elektronvolt (energienhet) Rättelse av tryckfel i formelsamlingen 6378 km kg kg 1 ev = J 2 2