Rätt svar (1p): u A. α β A B. u B. b) (max 3p) I början har endast puck A rörelseenergi: E AB,i = 1 2 m Av 2 A = 1 2 m Au 2 A

Relevanta dokument
Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 25/8 2015

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

Tentamen ellära 92FY21 och 27

93FY51/ STN1 Elektromagnetism Tenta : svar och anvisningar

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

Lösningar till repetitionstentamen i EF för π3 och F3

Tentamen i ELEKTROMAGNETISM I, för F1 och Q1 (1FA514)

Användande av formler för balk på elastiskt underlag

Mekanik för I, SG1109, Lösningar till problemtentamen,


1 e x2. lim. x ln(1 + x) lim. 1 (1 x 2 + O(x 4 )) = lim. x 0 x 2 /2 + O(x 3 ) x 2 + O(x 4 ) = lim. 1 + O(x 2 ) = lim = x = arctan x 1

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

Strålningsfält och fotoner. Våren 2016

anslås på kursens hemsida Resultatet: anslås på kursens hemsida Granskning:

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

Tillämpad Matematik I Övning 4

ORTONORMERAT KOORDINAT SYSTEM. LÄNGDEN AV EN VEKTOR. AVSTÅND MELLEN TVÅ PUNKTER. MITTPUNKT. TYNGDPUNKT. SFÄR OCH KLOT.

Strålningsfält och fotoner. Våren 2013

1.1 Sfäriska koordinater

ORTONORMERADE BASER I PLAN (2D) OCH RUMMET (3D) ORTONORMERAT KOORDINAT SYSTEM

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 3/6 2017

Tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 och Modellering och simulering inom fältteori för F3, 29 augusti, 2008, kl

LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 9. Förklaring till dragkraftens storlek är: f

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

Gauss och Stokes analoga satser och fältsingulariteter: källor och virvlar Mats Persson

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (EITF85)

1 Bestäm Théveninekvivalenten med avseende på nodparet a-b i nedanstående krets.

Vektorer. Avsnitt 1. Ange lägesvektorerna för de två väteatomerna på formen: r = x ˆx + y ˆx

Tentamen i EITF90 Ellära och elektronik, 28/8 2018

Definition. En cirkel är mängden av de punkter i planet vars avstånd till en given punkt är (*)

Tentamensskrivning i Mekanik (FMEA30) Del 1 Statik- och partikeldynamik Lösningsförslag

Lösningsförslag till deltentamen i IM2601 Fasta tillståndets fysik. Teoridel

TENTAMEN. Matematik för basår I. Massimiliano Colarieti-Tosti, Niclas Hjelm & Philip Köck :00-12:00

19 Integralkurvor, potentialer och kurvintegraler i R 2 och R 3

Tentamen ETE115 Ellära och elektronik för F och N,

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

4 ARBETE OCH ENERGI. 4.1 Inledning. 4.3 Lagen fór kinetiska energin i en dimension. 4.2 Integration av rörelseekvationerna i en dimension

Tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 och Modellering och simulering inom fältteori för F3, 17 december, 2007, kl. 8 13, lokal: Gasque

Lösningar till uppgifter i magnetostatik

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 4/1 2017

Lösningar till Tentamen i fysik B del 1 vid förutbildningar vid Malmö högskola

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM234 och FFM232)

Lösningar basuppgifter 6.1 Partikelns kinetik. Historik, grundläggande lagar och begrepp

Finaltävling den 20 november 2010

Tentamen i elektromagnetisk fältteori för E

Sfärisk trigonometri

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 8 juni 2011, Svar och lösningsförslag

MATEMATIKPROV, LÅNG LÄROKURS BESKRIVNING AV GODA SVAR

Värt att memorera:e-fältet från en punktladdning

Tentamen i mekanik TFYA16

c) (max 2p) Arbetet som utförs av gasen är lika med arean under p(v)-grafen. Antalet signifikanta siffror i svaret är två. Graf.

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 10/1 2015

EGENVÄRDEN och EGENVEKTORER

Potentialteori Mats Persson

Svar och anvisningar

Några integraler. Kjell Elfström. x = f 1 (y) = arcsin y. . 1 y 2 Vi låter x och y byta roller och formulerar detta resultat som en sats: cos x = 1

GEOMETRISKA VEKTORER Vektorer i rummet.

TATA42: Föreläsning 4 Generaliserade integraler

============================================================ V1. Intervallet [a,b] är ändligt, dvs gränserna a, b är reella tal och INTE ±.

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

Definition. En cirkel är mängden av de punkter i planet vars avstånd till en given punkt är

TATA42: Föreläsning 4 Generaliserade integraler

Skriv tydligt! Uppgift 1 (5p)

Lösningsförslag till deltentamen i IM2601 Fasta tillståndets fysik. Torsdagen den 15 mars, Teoridel

Analytisk mekanik Problemsamling

Lösningsförslag till tentamen i SF1683 och SF1629 (del 1) 23 oktober 2017

MA002X Bastermin - matematik VT16

Mängder i R n. Funktioner från R n till R p

Materiens Struktur. Lösningar

9. Vektorrum (linjära rum)

x = x = x = x=3 x=5 x=6 42 = 10x x + 10 = 15 x = = 20 x = 65 x + 36 = 46

TMV151/TMV181. Fredrik Lindgren. 19 november 2013

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Omtentamen IE1206 Inbyggd elektronik onsdagen den 17 augusti

1 Bestäm Théveninekvivalenten med avseende på nodparet a-b i nedanstående krets.

NATIONELLT KURSPROV I MATEMATIK KURS C VÅREN Kravgränser 4. Del I, 8 uppgifter utan miniräknare 5. Del II, 9 uppgifter med miniräknare 8

Omtentamen IF1330 Ellära onsdagen den 17 augusti

Fysiktävlingen Lösningsförslag. Uppgift 1. Vi får anta att kinetisk energi övergår i lägesenergi, och att tyngdpunkten lyftes 6,5 m.

Teoretisk elektroteknik F, del 1

Repetition kapitel 21

Volum av rotationskroppar. Båglängd, rotationsytor. Adams 7.1, 7.2, 7.3

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

6 Greens formel, Stokes sats och lite därtill

MATLAB-Laboration. Linjär algebra med geometri Handledare: Karim Daho IT-1 Björn Andersson Johannes Nordkvist Erik Isoniemi

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Genomgånget på föreläsningarna Föreläsning 16-17, 2010:

10. Tillämpningar av integraler

Svar och anvisningar

Tentamen 1 i Matematik 1, HF dec 2016, kl. 8:00-12:00

Lösningar och kommentarer till uppgifter i 1.2

1 Föreläsning IX, tillämpning av integral

XIV. Elektriska strömmar

Svar och anvisningar

PASS 1. RÄKNEOPERATIONER MED DECIMALTAL OCH BRÅKTAL

SF1625 Envariabelanalys

Kontrollskrivning 3 till Diskret Matematik SF1610, för CINTE1, vt 2019 Examinator: Armin Halilovic Datum: 2 maj

Tentamen ellära 92FY21 och 27

GEOMETRISKA VEKTORER Vektorer i rummet.

HF1703, Inledande matematik (Byggproduktion) DEN TRIGONOMETRISKA ENHETSCIRKELN OCH TRIGONOMETRISKA FUNKTIONER

Transkript:

1 I ett experiment hängdes vikter med olik stor mss i en lätt fjäder. Vikten drogs neråt och perioden för den hrmonisk oscilltionen som då uppstod mättes. Frekvensen för oscilltorn f = 2π 1 k mv. Nednstående tbell visr experimentets resultt. Mss m v (kg) 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 Period T (s) 0,890 1,09 1,26 1,43 1,55 ) Rit periodens kvdrt T 2 som funktion v mssn m v, d.v.s. T 2 (m v ). b) Bestäm fjäderns fjäderkonstnt k med hjälp v grfen. ) (mx 3p) Mn beräknr periodens kvdrt: m p (kg) 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 T 2 (s 2 ) 0,792 1,188 1,588 2,045 2,403 b) (mx 3p) Smbndet melln oscilltorns period och frekvens är T = 1/ f, d.v.s. mv T = 2π k, (+) där k är fjäderns fjäderkonstnt. Genom tt kvdrer ovnstående uttrck får mn T 2 = 4π2 k m v. (m v, T 2 )-grfens riktningskoefficient är således inverst proportionell mot fjäderns fjäderkonstnt. Fjäderkonstnten för linjen i grfen beräkns: T 2 m v = 2,034 s 2 /kg. Från dett kn fjäderkonstnten k bestämms: (1p) Periodens kvdrt beräknd och siffervärden korrekt, enheter krävs ej (1p). Värden i tbellen plcers i ett (m v, T 2 )-koordintsstem. ( T k = 4π 2 2 ) 1 = 19,4 kg m v s 2. (1p) T 2 s 2 2.5 2.0 1.5 T 2 Antlet tillåtn gällnde siffror i svret är två eller tre. Avrundning i svret 19,5-20,4 = 20, OK. Enheten i svret N/m, OK. 1.0 m v 0.5 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 kg m v Grfen (2p). Punktern bildr linjen T 2 = m v + b, där b på bsen v grfen är ungefär noll.

2 Puck A, vrs mss är 0,15 kg, glider på ett jämnt och friktionslöst underlg. Den träffr puck B, vrs mss är okänd. Efter kollisionen glider puck A med hstigheten u A = 5,0 m/s i riktningen α = 32, medn puck B glider med hstigheten u B = 5,5 m/s i riktningen β = 45 (figur). ) Bestäm hstigheten för puck A före kollisionen. b) Hur mcket minskr sstemets meknisk energi i kollisionen? m A u A u B α β (kg) (m/s) (m/s) ( ) ( ) A 0,15 5,0 5,5 32 45 B 0,15 5,5 4,5 32 45 C 0,15 7,0 7,5 32 45 D 0,15 6,0 6,5 32 45 A v A x A B α β Figuren i uppgift 2. u A u B Rätt svr (1p): v A ngh+1 m B (m/s) (m/s) (kg) A: 6,9 6,89 0,102 B: 7,6 7,58 0,137 C: 9,6 9,65 0,105 D: 8,3 8,27 0,104 b) (mx 3p) I börjn hr endst puck A rörelseenergi: E AB,i = 1 2 m Av 2 A = 1 2 m Au 2 A ( cos α + sin α ) 2 = 3,6 J. (1p) tn β Efter kollisionen hr sstemet rörelseenergin E AB, f = 1 2 m Au 2 A + 1 2 m Bu 2 B = 1 ( ) 2 m A u 2 A + u sin α Au B = 3,4 J. (1p) sin β ) (mx 3p) Eftersom endst intern krfter verkr melln puckrn i kollisionen, bevrs rörelsemängden. eller i komponentform p i A + pi B = p f A + p f B x : m A v A = m A u A,x + m B u B,x = m A u A cos α + m B u B cos β : 0 = m A u A, + m B u B, = m A u A sin α m B u B sin β. Från ekvtionen i -riktningen, kn puck B:s mss bestämms: m B = m Au A sin α u B sin β. Genom insättning v ovnstående ekvtion i ekvtionen för x-riktningen kn puck A:s begnnelsehstighet beräkns: sin α v A = u A cos α + u A = 6,9 m/s. tn β Förändringen i sstemets meknisk energi är således Rätt svr (1p): E = E AB, f E AB,i = 0,14 J. E ngh+1 E AB,i E AB, f (J) (J) (J) (J) A: -0,14-0,140 3,56 3,42 B: -0,65-0,648 4,31 3,66 C: -0,35-0,352 6,98 6,63 D: -0,23-0,235 5,13 4,89 Antlet tillåtn gällnde siffror i svret är två. I b)-fllet godkänns också en gällnde siffr. Om )-fllet beräknts med energins bevrnde )-fllet mx 2p, b)-fllet 0p.

3 En skivkondenstor hr lddningen 83 pc och spänningen 12 V. Avståndet melln kondenstorns skivor är d (figur ). ) Hur stor är kondenstorns kpcitns? (1p) b) Rit elfältet E för området melln skivorn. (2p) c) En olddd och jämntjock metllskiv, vrs tjocklek är d/2, hr förts in melln skivkondenstorns skivor. Avståndet melln metllskivn och de två kondenstorskivorn är lik stort. (figur b). Hur stor är kondenstorns kpcitns med metllskivn? (3p) Q U (pc) (V) A 83 12 B 67 12 C 73 12 D 97 12 Rätt svr (+): b) (mx 2p) +Q -Q b d d/2 Figuren i uppgift 3. ) (mx 1p) Kondenstorns kpcitns kn beräkns med hjälp v kondenstorns lddning Q och spänning U C ngh+1 (pf) (pf) A: 6,9 6,92 B: 5,6 5,58 C: 6,1 6,08 D: 8,1 8,08 Ett homogent fält melln skivorn. All fältlinjer börjr i den en skivn (+), ll fältlinjer slutr i den ndr skivn (+), homogent fält (+). Fältets riktning rätt (1p). C = Q = 6,9 pf. {{ U +Q -Q c) (mx 3p) Då en olddd metllskiv plcers i ett elfät, ger influensfenomenet upphov till tt skivns tor ldds. Dess tlddningr upphäver elfältet inne i metllskivn. Eftersom lddningen bevrs (eller), förblir elfältet i öppningrn E oförändrt, (eller) elfältet i metllskivn E = 0 (1p). Metod I: Spänningen melln kondenstorskivorn är en summ v de olik delrns spänningr U = E d 4 + 0 d 2 + E d 4 = 1 2 Ed = 1 U = 6,0 V. 2 Skivorns lddning bevrs (Q = Q). Således är kondenstorns kpcitns med metllskivn C = Q U = 2 Q = 2C. U Metod II: Kondenstorsstemet motsvrr två seriekopplde kondenstorer, vrs kpcitnser är C A = ε 0 d/4 = 4ε A 0 = 4C. d Då kondenstorern är i serie, blir den ekvivlentt kpcitnsen Rätt svr : C = ( 1 C + 1 ) 1 ( 1 C = 4C + 1 ) 1 = 2C. 4C ngh+1 (pf) (pf) A: 14 13,8 B: 11 11,2 C: 12 12,2 D: 16 16,2 C Antlet tillåtn gällnde siffror i svret är två. Som enhet i )-delen godkäns C/V. Om kondenstorn kopplts till en spänningskäll och spänningen bevrs, mx 2p för c)-delen.

4 J. J. Thomson visde elektronens existens år 1897 i ett experiment. I experimentet kommer lddde prtiklr (lddning q, mss m) in i området melln två lddde skivor (längd L = 0,109 m) med smm konstnt hstighet v. Då prtiklrn kommer in melln skivorn är ders hstighet vinkelrät mot både el- och mgnetfältet. v B L E Figuren i uppgift 4. I experimentet justers mgnetfältet först till noll och prtiklrns vlänkning (figur) mäts. För vlänkningen gäller = qel2 2mv 2. Efter dett öks mgnetfältet tills = 0. ) Prtikeln går rätlinjigt melln skivorn då den mgnetisk flödestätheten är 3,28 10 4 T och strkn i elfältet är 3,05 kv/m. Bestäm förhållndet melln prtiklrns mss och lddning m/q då prtiklrns vlänkning är 3,71 cm och mgnetfältet är 0 T. b) Härled uttrcket för vlänkningen då mgnetfältet är 0 T. ) (mx 3p) Då prtikeln rör sig i el- och mgnetfältet, är krftern som verkr på prtikeln i jämvikt eller Newton II eller NII eller dnmikens grundlg (+), d.v.s. FE + FB = 0 eller F E F B = 0 eller F E = F B. Från ovnstående ekvtion kn prtikelns hstighet löss qe qvb = 0 = v = E B. x F E F B v Krftfigur (+). Genom insättning v hstigheten i uttrcket för vlänkningen, kn förhållndet melln prtikelns mss och lddning bestämms: m q = B2 L 2 2E = 5,65 10 12 kg C. (1p) + _ + _ b) (mx 3p) Då prtikeln kommer in i området melln skivorn, är prtikelns rörelse i x-riktningen likformig (+). I -riktningen är rörelsen likformigt ccelererd (+). Då prtikeln rört sig genom området melln skivorn, gäller följnde ekvtioner för prtikelns läge: L = vt (+) = 1 2 t 2 (+). I -riktningen ccelerers prtikeln v den elektrisk krften. Från Newton II följer då tt F E = m = qe = = F E m = qe. {{ m Tiden t kn löss från ekvtionen för rörelsen i x-riktningen: t = L v. Genom insättning v tiden t och ccelertionen i ekvtionen för rörelsen i - riktningen = 1 2 t 2 = 1 ( ) qe L 2 2 m v fås prtikelns vlänkning i -riktningen efter skivorn (1p): = qel2 2mv 2. Antlet tillåtn gällnde siffror i svret är tre. I )-delen godkänns resulttet för q/m som svr. ngh+1: 5,648 10 12 kg/c.

5 Betrkt kuben ( = 2,90 m) i figuren i elfältet { 621 (V/m) i (x < E = 2 ) 621 (V/m) i (x > 2 ). ) Bestäm elfältets flöde genom vrje sid v kuben. (4p) b) Hur stor är den totl lddningen inne i kuben? (2p) E (m) (V/m) A 2,90 621 B 3,30 321 C 3,20 471 D 3,50 361 S 1 (x = 0) S 3 ( = 0) z S 6 (z = ) x S 2 (x = ) S5 (z = 0) Figuren i uppgift 5. S 4 ( = ) ) (mx 4p) För de flest v kubens sidor är elfältets flöde noll, eftersom A E: För sid S 1 gäller Φ 3 = Φ 4 = Φ 5 = Φ 6 = 0. (1+) Φ 1 = E1 A1 = ( E i) ( 2 i) = E 2 = 5220 Vm. (1+) b) (mx 2p) Det totl flödet genom kuben är Φ E = 6 Φ i = Φ 1 + Φ 2. i=1 Enligt Guss lg är flödet från elfältet genom en sluten t proportionellt mot den totl lddningen inom den slutn tn, d.v.s. Rätt svr : Φ E = q = ε 0 q = ε 0 Φ E. {{ q ngh+1 (nc) (nc) A: 92,5 92,48 B: 61,9 61,90 C: 85,4 85,41 D: 78,3 78,31 Antlet tillåtn gällnde siffror i svret är tre. )-delens svrspoäng: Φ 3 6 (+) rätt svr (enhet krävs ej), Φ 1 j Φ 2 rätt siffervärde och för korrekt tecken i svret. För sid S 2 gäller Φ 2 = E2 A2 = (E i) ( 2 i) = E 2 = 5220 Vm. (1+) Rätt svr: Φ ngh+1 (Vm) (Vm) A: 5220 5223 B: 3500 3496 C: 4820 4823 D: 4420 4422

b) (mx 3p) 6 I vidstående figur är en homogent lddd sfär v ett isolernde mteril (r = R 1, = +4,0 nc) plcerd i mittpunkten v ett lednde skl. Sklets totl lddning är q 2 = +2,0 nc. ) Härled med hjälp v Guss lg uttrcket för elfältet innnför det lednde sklet i området R 1 < r < R 2. b) Hur är lddningen fördeld melln den inre och ttre tn v det lednde sklet? Motiver. q 2 (µc) (µc) A 4,0 2,0 B 3,0 1,0 C 6,0 1,0 D 5,0 3,0 ) (mx 3p) Eftersom lddningsfördelningen är sfärisk smmetrisk, är flödet från elfältet genom den Gussisk tn: Φ E = E da = E da = E da = E4πr {{ 2. Den totl lddningen som innesluts v den Gussisk tn är q 2 R 1 R 2 Figuren i uppgift 6. q 2 r Gussisk t E da R 3 I en elektrosttisk sitution är elfältet inne i en ledre noll. Då fältet är noll är också flödet från elfältet genom den Gussisk tn noll. Från Guss lg följer då tt den inneslutn totl lddningen inom den Gussisk tn är noll. +q 2 - Gussisk t Vl v Gussisk t (+). Eftersom lddningen bevrs är lddningen på den inre tn v det lednde sklet således q i = och på den ttre tn q = + q 2. Rätt svr och : q sp q up (nc) (nc) A: -4,0 6,0 B: -3,0 4,0 C: -6,0 7,0 D: -5,0 8,0 Antlet tillåtn gällnde siffror i svret är två. Både i )- och b)-delen kn vlet v Gussisk t också förklrs skriftligt. Svret i )-delen behöver inte ges i vektorform, men elfältets riktning måste frmgå v svret. q =. Vl v Gussisk t. Genom insättning v uttrcket för flödet i Guss lg, ekvtion (5), fås för strkn i elfältet i området R 1 < r < R 2 : E4πr 2 = = E = ε 0 4πε 0 r {{ 2. I vektorform: 1 q E = 1 ˆr. (+) 4πε 0 r2