Institutionen för teknik, fysik och matematik Nils Olander och Herje Westman Tentamen: Baskurs B i Fysik, del1, 4p 2007-03-23 kl. 08.00-13.00 Max: 30 p A-uppgifterna 1-8 besvaras genom att ange det korrekta svarsalternativet det finns bara ett korrekt svarsalternativ på samtliga dessa uppgifter. B-uppgifterna 9 16 ska redovisas med fullständiga lösningar som är tydliga och utförliga (där införda variabler förklaras, använda samband motiveras, tydliga figurer ritas och beräkningar redovisas). Enbart svar godtas ej på "B-uppgifter". Tänk på att alla svar ska ges i så enkel form som möjligt. Skriv kod (eller namn) på alla blad som lämnas in. Hjälpmedel: Miniräknare (ej symbolhanterande) och formelsamling. Del A. Uppgifter till vilka endast svar skall ges (3p på uppg. 4, övr. 1p/uppg., tot. 10p) 1. Vilket av nedanstående diagram ger en korrekt representation av en likformigt accelererad rörelse, d.v.s. med konstant acceleration? 2. Vilken av nedanstående figurer representerar bäst det magnetiska fältet kring en rak strömförande ledare, som är vinkelrät mot papperets plan?
3. Varje figur nedan föreställer en strömgenomfluten ledare i ett homogent magnetfält. Flödeslinjerna går i papperets plan och ledaren är vinkelrät mot detta. I vilken figur är riktningen av den magnetiska kraften F på ledaren korrekt utritad? 4. Arean under kurvan i nedanstående diagram representerar olika fysikaliska storheter. 1) I vilket diagram representerar arean en väg? 2) I vilket diagram representerar arean ett arbete? 3) I vilket diagram representerar arean en impuls? 5. Skärmen på ett oscilloskop är försedd med ett rutnät enligt fig. 1. Då inga spänningar förekommer mellan avlänkningsplattorna i fig. 2, träffar elektronstrålen punkten P. Om spänningen 10 V ansluts antingen till rörets vertikala eller horisontella avlänkningsplattor, erhålls en avlänkning på 1 skaldel, d.v.s. en "rutsidlängd". Både fig. 1 och fig. 2 avbildar oscilloskopet framifrån. Markera i rutnätet i fig. 1 den punkt där elektronstrålen träffar skärmen om de spänningar som anges i fig. 2 ansluts till röret. 6. A och B är två pendelkulor av sådant material, att en stöt mellan dem kan betraktas som elastisk. A släpps och kolliderar med B i rak central stöt. Massan hos A är mindre än massan hos B. Vad händer? a) A stannar och B når upp till punkten P. b) A vänder och B når inte upp till P. c) A vänder och B når upp till P. d) A fortsätter i samma rörelseriktning och B når upp till ett läge högre än P. e) A stannar och B når upp till ett läge högre än P.
7. Ledaren AB är utan friktion fritt rörlig på två långa, horisontella ledare L 1 och L 2, som förbundits med en analog strömmätare (galvanometer). Mellan de båda ledarna finns ett vertikalt homogent magnetiskt flöde riktat in mot papperets plan. Under en kort tid verkar en yttre "påskjutande" kraft på AB riktad till höger, varvid AB ges en begynnelsehastighet v riktad till höger och galvanometern gör ett visst utslag. Under den fortsatta rörelsen, när den yttre "påskjutande" kraften upphört, kommer a) galvanometerutslaget att öka och hastigheten v att minska b) galvanometerutslaget att minska och hastigheten v att öka c) galvanometerutslaget att vara oförändrat och hastigheten v vara konstant d) galvanometerutslaget att minska och hastigheten v att minska e) galvanometerutslaget att minska och hastigheten v att vara konstant
8. En sluten kärna av mjukt järn är försedd med två lindningar så som framgår av figur 1. Primärlindningen är ansluten till en generator G, som lämnar en strömpuls. Strömmen i 1 varierar med tiden så som framgår av figur 2. I sekundärkretsen, som är sluten genom ett motstånd med stor resistans, induceras då under kort tid en ström i 2. Tidsförloppet för denna iakttas med ett oscilloskop. Vilken av nedanstående oscilloskopbilder återger bäst strömmen i 2 som funktion av tiden? Del B. Uppgifter till vilka fullständiga lösningar skall redovisas. (tot. 20 p) 9. Två vagnar med massorna 0,80 kg och 0,40 kg rör sig friktionsfritt mot varandra på en rak horisontell bana. Båda vagnarna har farten 1,5 m/s. De kolliderar och fastnar vid varandra. Bestäm vagnarnas fart och rörelseriktning efter kollisionen. Ange de fysikaliska lagar som du stöder dig på och redovisa införda beteckningar i en figur. (2p)
10. En elektron rör sig i ett homogent magnetfält vid en viss tidpunkt med hastigheten v=3,8 10 5 m/s, se figur. Den magnetiska flödestätheten B är 9,5 mt och riktad vinkelrätt ut ur papperets plan. Bestäm den kraft som magnetfältet utövar på elektronen både till storlek och riktning gällande tidpunkten i figuren. (2p) 11. Man prövar bromsarna på en bil på en horisontell vägbana. Därvid registrerar en skrivare nedanstående graf, som visar sambandet mellan farten v ( i m/s) och tiden t ( i s )under inbromsningen. Beräkna med ledning av diagrammet bromskraften på bilen. Bilen väger 11, 10 3 kg. (2p) 12. En kopparstav AB med längden 3,0 cm är upphängd i två tunna koppartrådar i gapet till en permanentmagnet. Om strömmen 5,0 A sänds genom kopparstaven kan denna hållas i sitt läge med hjälp av en dynamometer som då visar 0,12 N (se figur). Man kan anta att magnetens fält är homogent i det område där staven befinner sig. Riktningen hos magnetfältet i gapet är från N till S. a) Beräkna flödestätheten för magnetfältet i gapet. (1p) b) Ange riktningen på den magnetiska kraften på kopparstaven samt strömriktningen i densamma (från A till B eller tvärtom). (1p)
13. En boll med massan 5, 0 10 2 kg får falla fritt från 1,80 m höjd ovanför golvet. Efter studsen stiger den 1,25 m. Hur stor impuls har bollen fått vid studsen mot golvet? Den fart v en fritt fallande kropp får på grund av tyngdacceleration från en fallhöjd h anges i diagrammet. Impulsen skall anges till storlek och riktning. 12 14. Laddningen Q = + 4 10 C finns i ett homogent elektriskt fält och påverkas då av den konstanta elektriska kraften F = 0,2 μn i fältriktningen. Betrakta två punkter A och B i det elektriska fältet, där B ligger på avståndet 0,4 m från A i fältriktningen. Hur stor är spänningen mellan punkterna A och B?
15. En elektriskt ledande kula med massan 0,090 g är upphängd i en isolerande tråd. En annan i alla avseenden identisk kula är placerad på en isolerande ståndare som håller kvar kulan i sin position. Kulorna laddas varefter de bringas i kontakt med varandra. Figuren visar den jämviktssituation, som därefter inträder. Bestäm den laddning som vardera kulan då har. De verkliga avstånden är 8,0 cm mellan de laddade kulorna respektive 20,0 cm mellan upphängningspunkten och kulan på ståndaren (figuren återger detta i skala 1:4). 16. Figuren visar en bilbana som innehåller en cirkulär slinga med radien 24 cm. En liten bil (punktformig) med lätta hjul släpps från ett läge 66 cm ovanför banans lägsta punkt. Bilen väger 125 g. Hur stor är normalkraften från banan på bilen i punkten P. Friktionen försummas liksom luftmotstånd. Lycka till!