Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM) Marcus Ekholm BFL12/TEN1: Fysik 2 för basår (8 hp) Tentamen Fysik 2 22 mars 216 8: 12: Tentamen består av 6 uppgifter som vardera kan ge upp till 4 poäng. Lösningar skall vara välmotiverade samt följa en tydlig lösningsgång. Låt gärna din lösning åtföljas av en figur. Numeriska värden på fysikaliska storheter skall anges med enhet. Det skall tydligt framgå av redovisningen vad som är det slutgiltiga svaret på varje uppgift. Markera gärna ditt svar med exempelvis Svar:. Skriv bara på ena sidan av pappret, och behandla högst en uppgift per blad. Skriv AID-nummer på varje blad! Tillåtna hjälpmedel: räknedosa (även grafritande) med tömt minne formelsamling Ekholm, Frænkel, Hörbeck: Formler & tabeller i fysik, matematik & kemi för gymnasieskolan, Konvergenta HB Preliminära betygsgränser: betyg 3 betyg 4 betyg 1 poäng 1 poäng 19 poäng Examinator, Marcus Ekholm, besöker skrivningssalen vid två tillfällen och nås i övrigt via telefon, nr 13-28 2 69. Lycka till!
16322 BFL12 1 Uppgift 1 Figuren nedan föreställer ett leksaksflygplan som är fäst i änden av ett snöre. Snörets andra ände sitter fast i ett tak i punkten A. Flygplanet flyger i en cirkelbana med konstant fart i horisontalplanet kring punkten B. a) Rita av figuren och markera centripetalkraftens riktning med en pil. A B b) Snöret är 6 cm långt. Man bestämmer sträckan AB till 6 cm, och uppmäter att tio varv tar 13,2 s att fullborda. Flygplanet väger,22 kg. Beräkna centripetalkraftens storlek. c) Några vikter placeras på en homogen planka. Plankan vilar på ett stöd vid sin mittpunkt och är i jämvikt. Detta illustreras i figuren nedan, där den högra lådans massa är m = 1, kg, och den vänstra lådans massa är m. Beräkna den mittersta lådans massa, M. 2d/3 d d/3 m M m
16322 BFL12 2 Uppgift 2 a) En liten kula skjuts iväg av en katapult ifrån marknivå. Luftmotståndet på kulan är försumbart. Figuren nedan visar kulans bana, samt dess läge vid en viss tidpunkt. Vilket, eller vilka, av följande påståenden är sanna? Motivera ditt svar utifrån fysikaliska principer. (A) I det läge som figuren visar är den resulterande kraften på kulan noll. (B) I det läge som figuren visar är den resulterande kraften på kulan riktad snett upp till höger. (C) Kulans acceleration är konstant efter att den har lämnat katapulten. (D) Kulans acceleration är som störst precis efter att den har lämnat katapulten. b) Kulans utgångshastighet är 16 m/s, och bildar vinkeln 27, med horisontalplanet. Hur långt ifrån utgångsläget landar kulan? c) Beräkna den lägsta hastigheten som kulan har i sin bana.
16322 BFL12 3 Uppgift 3 a) En ljusstråle går genom vatten och träffar den plana vattenytan, vilket illustreras i figuren nedan. Vattnets brytningsindex är 1,33. Då vinkeln θ är större än ett visst värde inträffar totalreflektion. Bestäm detta värde. luft vatten θ b) Två identiska högtalare, A och B, svänger i fas med samma frekvens och amplitud. Ljudets utbredningshastighet är 34 m/s. Med hjälp av en mikrofon registrerar man ljudmaxima i punkterna P och Q. Då man flyttar mikrofonen längs linjen PQ konstaterar man att det finns ytterligare ett ljudmaximum mellan P och Q. Bestäm ljudets frekvens. Q P 2. 1 m -2. - A B -13-12. -12-11. -11-1. -1-9. -9-8. -8-7. -7-6. -6 -. - -4. -4-3. -3-2. -2-1. -1 -.. 1 1. 2 2. 3 3. 4 4.. 6 6. 7 7. 8 8. 9 9. 1 1. 11 11. 12 12. 13 Thursday, March 3, 216
16322 BFL12 4 Uppgift 4 a) Antag att en viss atom sänder ut en foton med våglängden 31 nm vid övergång mellan två energinivåer, där slutnivån är 1 ev. Atomen har en enda elektron, och två av dess möjliga energitillstånd är utritade i figuren nedan, i förhållande till joniseringsnivån. Rita av diagrammet nedan och markera startnivån för övergången. E / ev - -1-1 b) Atomen i uppgift a) befinner sig nu i grundtillståndet, 1 ev. Vilket, eller vilka, av följande påståenden är sanna? Motivera ditt svar utifrån fysikaliska principer. (A) En elektron med energin 7 ev kan excitera atomen till nivån 1 ev. (B) En foton med energin 7 ev kan excitera atomen till nivån 1 ev. (C) För att jonisera atomen måste man tillföra exakt 1 ev. (D) För att jonisera atomen måste man tillföra 1 ev eller mer. Thursday, March 1, 216 c) I en laboration belyser man en metallyta med ljus av frekvensen 67 THz, varpå elektroner frigörs. De frigjorda elektronerna bromsas av den justerbara spänningen U. Då U = 11 mv lyckas man helt bromsa samtliga frigjorda elektroner. Beräkna metallytans utträdesarbete. Uttryck ditt svar i enheten ev.
16322 BFL12 Uppgift En liten metallvikt hängs upp vertikalt i en fjäder och sätts i harmonisk svängning. Kraften som fjädern utövar på metallvikten registreras och visas i nedanstående diagram. 4 F / N 3 2 1.2.4.6.8 1 t / s a) Beräkna de värden på t i intervallet t 1 s då metallvikten når det nedre vändläget i rörelsen. b) Bestäm fjäderkonstanten. c) Hur stor är svängningsamplituden?
16322 BFL12 6 Uppgift 6 a) Figuren nedan föreställer två parallella elektriska ledare med det inbördes avståndet 1 cm. Ledarna är 2, m långa och genom varje ledare går strömmen 2, A. Beräkna kraften som ledarna påverkar varandra med. Är kraften attraktiv eller repulsiv? 2, A 1 cm 2, A b) En metalltråd böjs till en cirkulär slinga med diametern 3 cm. Man placerar slingan i ett homogent magnetfält, där flödestätheten, B, kan varieras. Vid tiden t = är B =. Då man varierar B uppstår en spänning, e, i slingan enligt grafen nedan. e / mv 4 3 2 1 t / s 1 2 3 4 6 7 8 9 1 11 Beräkna beloppet av B vid tiden t = 1 s. Monday, March 14, 216