Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet Datum för tentamen 01-08- Sal (1) Om tentan går i flera salar ska du bifoga ett försättsblad till varje sal och ringa in vilken sal som avses TER1 Tid 14-18 Kurskod TFYA58 Provkod TEN1 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 0733-600787, 8 1 75 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 Karin Bogg, Tel: 013-819, karbo@ifm.liu.se På föreläsning utdelat formelblad. Avprogrammerad räknare. Lösningar läggs ut på kursens hemsida. Rutigt 1
TEKNISKA HÖGSKOLAN i LINKÖPING Institutionen för Fysik, Kemi och Biologi Ragnar Erlandsson Tentamen i Fysik för M, TFYA58 Onsdag 01-08- 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: 0733-600 787 eller 8 1 75. 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 3. För godkänt krävs totalpoäng enligt nedan, samt minst 3p på vågrörelseläran och 5p på elläran. Preliminära betygsgränser: 3: 13-19,5 4: 0-5,5 5: 6-3 Lycka till!
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. En tutande bil kör framåt. Vilka påståenden nedan gäller? a) Våglängden hos ljudvågen framför bilen är kortare än bakom. b) Utbredningshastigheten hos ljudvågen framför bilen är högre än bakom. c) Frekvensen som en stillastående lyssnare uppfattar är högre än frekvensen som bilens passagerare uppfattar oberoende av var den stillastående lyssnaren befinner sig. d) Frekvensen som en stillastående lyssnare uppfattar är lägre än frekvensen som bilens passagerare uppfattar om den stillastående lyssnaren befinner sig bakom bilen.. Vilka påståenden nedan stämmer? a) I en transversell våg svänger mediet i utbredningsriktningen. b) I en longitudinell våg svänger mediet i utbredningsriktningen. c) Elektromagnetiska vågor kan vara både longitudinella och transversella. d) Endast longitudinella vågor kan polariseras. 3. Vilka påståenden nedan gäller för en stående våg på en sträng? a) Den kan matematiskt beskrivas som en superposition av två motriktade fortskridande vågor med samma amplitud, våglängd och frekvens. b) Dess amplitud är densamma som för var och en av de fortskridande vågor som kan tänkas alstra den. c) Dess frekvens är densamma som för var och en av de fortskridande vågor som kan tänkas alstra den. d) En nod ligger alltid på samma ställe på den svängande strängen. 4. Ljus infaller från luft vinkelrätt mot en tunn genomskinlig film som ligger ovanpå en vätska. Man vet att filmens brytningsindex är högre än vätskans den ligger på. Man skall bestämma för vilka våglängder den reflekterade intensiteten har minima. Vad krävs för att lösa uppgiften? (Luftens brytningsindex kan antas vara exakt 1) a) Det räcker med att veta filmens tjocklek. b) Det räcker med att veta filmens tjocklek och dess brytningsindex. c) Man måste veta filmens tjocklek och brytningsindex hos både filmen och vätskan den ligger på. d) Förutom filmens tjocklek och brytningsindex hos både filmen och vätskan så krävs ytterligare information. 3
Uppgift En positiv lins har fokallängden 14,0 cm. a) Om ett objekt placeras 18,0 cm till vänster om linsen skall du beräkna var bilden hamnar, bildens storlek i förhållande till objektet, om bilden är virtuell eller reell samt om den är omvänd eller rättvänd. Du skall även rita ett diagram med strålgången. (p) b) Samma som a) uppgiften, men objektet är nu placerat 7,0 cm till vänster om linsen. (p) Uppgift 3 En högtalare sänder ut en ren sinuston vars frekvens sakta varieras mellan 500 Hz och 1500 Hz varvid det visar sig att en närbelägen inspänd 30,0 cm lång fiolsträng kommer i resonans precis två gånger, nämligen vid frekvenserna 880 Hz och 130 Hz. Strängen har linjär täthet 0,650 10-3 kg/m. Bestäm spännkraften i strängen. (4p) Del. Ellära Uppgift 4, teori (se instruktioner för uppgift 1) 1. Bilden visar ett tvärsnitt genom två parallella plattor med ett homogent elektriskt fält mellan sig. Vilket påståenden om den elektriska potentialen V gäller? a) Punkt 1 har högre potential än punkt b) Punkt 1 har lägre potential än punkt c) Båda punkterna har samma potential d) Informationen räcker ej för att ange relationen mellan punkternas potentialer E 1. Glödlamporna och spänningskällorna i de två kretsarna är identiska. Vilket/vilka av påståendena nedan gäller? a) Alla tre lampor lyser lika starkt. b) Lamporna i a) figuren lyser lika starkt men ljusstyrkan är ej samma som hos lampan i b)figuren. c) Lampan i b) figuren lyser lika starkt som "Bulb A" i a) figuren. d) Alla tre lampor lyser olika starkt. 4
3. I ett område där en laddad partikel rör sig rätlinjigt med konstant hastighet slår man plötsligt på ett homogent magnetiskt fält som ej varierar med tiden. Vad gäller för partiklens rörelse sedan fältet slagits på? a) Beloppet av hastigheten förblir konstant. b) Partikeln kommer alltid att utföra en perfekt cirkelrörelse, oberoende av ursprunglig färdriktning. c) Partikeln kommer att utföra en perfekt cirkelrörelse om dess ursprungliga riktning bildar rät vinkel mot det magnetiska fältets riktning. d) Partikeln bibehåller sin rätlinjiga rörelse om dess ursprungliga riktning är parallell med det magnetiska fältets riktning. 4. Du har två ideala plattkondensatorer som båda har samma yta och samma spänning över sig. Den ena har dock dubbla avståndet mellan plattorna jämfört med den andra. Vilket/vilka av påståenden nedan gäller? a) Den med dubbla plattavståndet har dubbla E-fältet mellan plattorna. b) Den med dubbla plattavståndet lagrar hälften så mycket elektrisk energi som den andra. c) Den med dubbla plattavståndet lagrar en fjärdedel så mycket elektrisk energi som den andra. d) Båda kondensatorerna lagrar upp samma mängd elektrisk energi. Uppgift 5 En kraftledning som består av en ensam ledare går i nord-sydlig riktning. Den för en likström av 5000 A S riktad norrut. Där ledningen befinner sig är det jordmagnetiska fältet riktat snett nedåt med vinkeln 70 o mot horisontalplanet enligt figuren, och har styrkan 60,0 µt. Beräkna kraften till storlek och riktning som verkar på 100 m av ledaren. (4p) Upp B I 70 o N 5
10 Ω Uppgift 6 Du vill mäta spänningen över 100 Ω motståndet i kretsen till höger. Till förfogande har du ett visarinstrument som har resistansen 0 Ω och som ger fullt skalutslag för I fs = 0,00 ma. Visarutslaget varierar linjärt med strömmen. Du har också utrustning så du kan linda ett motstånd av vilket värde du vill. 100 Ω a) Visa med en principskiss hur du skall bygga en voltmeter med de resurser du har och hur den skall kopplas in i kretsen för att mäta den önskade spänningen. (1p) b) Ange värdet på det motstånd som ingår i din voltmeter för att du skall erhålla hälften av fullt skalutslag när du mäter spänningen över 100 Ω motståndet, samt ange hur mycket spänningen över 100 Ω motståndet påverkas av att du kopplar in din voltmeter. (3p) Uppgift 7 Figuren till höger visar tre laddningar som befinner sig i tre av hörnen på en kvadrat med sidan a. a) Beräkna det elektriska fältet i punkten P till storlek och riktning, uttryckt i q, a och kända konstanter i elläran. (p) b) Beräkna den elektriska potentialen i punkten P, uttryckt i q, a och kända konstanter i elläran. (Vi antar som vanligt att V=0 på oändligt avstånd från en laddning.) (p) Uppgift 8 Figuren till höger visar en mycket vanligt förekommande krets, ett lågpassfilter. Visa att sambandet nedan gäller. (4p) V out rms = V ω C in rms R + 1 V in V out 6