Kursinformation: F0004T Fysik1, lp1 2007 2007-08-16 MÅL Kursen avser att ge grundläggande kunskaper om fysikens fundamentala begrepp och relationer inom mekanik och termodynamik, att belysa fysikens karaktär av teoretisk och experimentell vetenskap och att ge förtrogenhet med några av de matematiska metoder som används inom fysiken. Kursen utvecklar även förmågan att planera och genomföra experiment samt att värdera experimentella resultat, och ger vana vid presentation av resultat i form av teknisk rapport. LEKTIONER 23 dubbeltimmar (se lektionsplanering nedan). LABORATIONER I kursen ingår en obligatorisk laboration i experimentell metodik. Denna laboration genomförs vid tre tillfällen omfattande 2 dubbeltimmar vardera. I kursen ingår även en obligatorisk laboration i termodynamik "Fasomvandling" (2 dubbeltimmar). LITTERATUR Young, Freedman, University Physics with Modern Physics, 12 th ed, Addison-Wesley, (2007). Även tidigare upplaga, tex 11 th ed, bör gå bra att använda. C. Nordling, J. Österman: Physics Handbook, Studentlitteratur, (2006, 2004 mfl). Extramaterial som finns i Fronter (skrivs ut på egen hand): 1) Formelsamling Tillägg till Physics Handbook; 2) Kompendium Experimentell metodik; 3) Kompendium Rapportskrivning; 4) Kompendium Mekanik (endast avsnitt M1); 5) Laborationsinstruktion Fasomvandling. 6) Rättningsprotokoll - Kommentarer, rapport i experimentell metodik. 7) Kompendium om problemlösning Laborationskort och laborationsjournal utdelas. TENTAMEN Kursen avslutas med en skriftlig tentamen omfattande vanligtvis 5-6 uppgifter. För godkänt krävs minst 9 av totalt 18 poäng. Tentamenstid 5 tim. Uppgifterna kan omfatta räkneproblem, uppgifter med anknytning till laborationskursen, diskussionsfrågor samt teoriuppgifter. Hjälpmedel: Physics Handbook med tilläggshäfte samt räknedosa och ritmateriel. OBS! I Physics Handbook får inga anteckningar finnas. Om du har en begagnad Physics Handbook som innehåller anteckningar på de blanka sidona så måste dessa rivas ut till tentamen. Under kursens gång kommer det finnas möjlighet att göra duggor/kontrollfrågor (ca 10 st home assignments). De är frivilliga och alla utom en görs via Fronter. Alla duggorna utom två automaträttas i Fronter. En dugga (friläggning assignment 2-2) rättas på lektion 10 (Mek7) och en är som schemalagd lektionsdugga i klassrum. Duggorna kan ge bonuspoäng (maximalt 2p) till tentamen. Bonuspoängen gäller endast vid ordinarie tentamenstillfälle. Se Fronter för mer information om assignments och duggor. EXAMINATOR Nils Almqvist, rum E106, tel. 0920 492291. E-mail: Nils.Almqvist@ltu.se 1
KLASSLÄRARE Val/EEIGM: Nils Almqvist, rum E106, tel. 0920-492291. E-mail: Nils.Almqvist@ltu.se Ö1A: Hans Åkerstedt, rum E808a, tel. 0920-491280. E-mail:Hans.Akerstedt@ltu.se(Mek+EM) Erik Elfgren, rum E114, tel. 0920-491119. E-mail:Erik.Elfgren@ltu.se(Termo) Ö1B: Alexander Soldatov, rum E301, tel. 0920-491136. E-mail:Alexander.Soldatov@ltu.se DSP: Mats Ekevad, SKE, tel. Ank 5377. E-mail:Mats.Ekevad@ltu.se STUDIEEXPEDITION i E-huset KURSENS HEMSIDA/FRONTER Kursen använder sig i första hand av FRONTER. Det finns även en hemsida men där läggs i princip bara gamla tentor. (http://sirius.mt.luth.se/~lassew/ao1/mtf096/mtfxxx.htm) 2
LEKTIONSPLANERING YF står för Young & Freedman: University Physics 12:e upplagan; EM står för kompendium Experimentell metodik, T. Bucht, et al, 6:e upplagan, LuTH, (2006). M står för tilläggskompendium Mekanik, A. Wåhlin, (2005). Kursiv stil innebär att avsnittet läses själv. Uppgifter skrivna med fet stil rekommenderas i första hand. Lekt Del Avsnitt Innehåll Uppgifter uppl12 1 EM1 EM 1.1 1.2 EM 2.1 2.2 2 EM2 EM 2.3, EM 3.1 3.7 3 EM3 EM 2.4 EM A5 (metod 1) Kompendium: Rapportskrivning 4 Mek1 YF 2.1 2.5 YF 3.1-3.4 5 Mek2 YF 4 YF 5.1 5.4 6 Mek3 YF 5.1 5.4 YF 5.5 Introduktion och inledning Kurvanpassning, linearisering Fysikaliska storheters dimensioner Ansats provning utvärdering 2.1 2.2 2.4 2.5 2.6 2.7 Rapportskrivning 2.8 2.9 2.10 3.1 Rätlinjig rörelse Rörelse i ett plan, projektilrörelse, Cirkelrörelse Newtons rörelselagar Tillämpning av Newtons lagar Tillämpning av Newtons lagar (forts) Naturens fundamentala krafter 2.33 2.47 3.9a-c 3.21 3.23a-c 3.30 3.33 3.34 3.53 3.63 Q2.11 Q2.12 Q3.6 Q3.1 Q3.12 4.5 4.19 4.22 4.35 4.39 4.43 4.54 Q4.25 Q4.30 5.4 5.8 5.14 5.19 5.33 5.57 5.62 5.67 5.83 5.96 5.114 5.119 5.125 Q5.2 Q5.23 7 Mek4 YF 6 Arbete och kinetisk energi 6.4 6.6 6.25 6.37 6.38 6.50 6.62 6.63 6.91 6.93 Q6.2 Q6.16 Q6.20 8 Mek5 YF 7.1 7.3 Potentiell energi, bevaring av energi 7.5 7.9 7.13 7.19 7.20 7.43 7.63 7.65 7.74 7.75 Q7.3 Q7.6 Q7.8 9 Mek6 YF 8.1 8.4 Rörelsemängd, impuls och kollisioner 8.7 8.9 8.20 8.38 8.39 8.42 8.70 8.74 8.83 8.109 Q8.6 Q8.7 Q8.12 10 Mek7 YF 5 8 Fortsatt övning (rättning assignment 2-2 på lektion) 7.46a 7.63, uppg. enl tidigare 3
Lekt Del Avsnitt Innehåll Uppgifter 11 Mek8 YF 10.1 YF 11.1, 11.3 Moment Jämvikt 10.1 10.3 10.4 11.7 11.11 11.13 11.15 11.19 Q10.1 Q11.4 12 Mek9 YF 11.1 3 Jämvikt, fortsatt övning 11.21 11.49 11.53 11.67 11.73 11.79 11.95 Q11.7 Q11.11 13 Mek10 M 1 Jämvikt, sammansatta strukturer M1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 14 Mek11 Fortsatt övning Ev. översiktligt om virtuella arbetets princip. Dugga Dugga Lektionsdugga (omfattar all mekanik) 15 Te1 YF 14.1 14.3 YF 17.1 17.6 Termodynamiska definitioner 14.14 14.27 14.57 17.34 17.36 17.42 17.52 17.62 16 Te2 YF 17.7 Värmetransport 17.67 17.71 17.76 17.116 17.117 17 Te3 YF 18.1 18.3 Medieegenskaper 18.4 18.7 18.14 18.21 18.24 18.27 18.38 18.39 18.74 18 Te4 YF 18.4 YF 17.6, 18.6 Medieegenskaper (fortsättning) 17.49 17.59 17.63 18.41 18.43 18.44 18.50 18.52 18.59 18.83// 19 Te5 YF 19.1 19.5 Första huvudsatsen 19.1 19.4 19.6 19.9 19.12 19.18 19.20 19.41 19.43 19.44 19.45 20 Te6 YF 19.6 19.8 Ideala gaser 19.21 19.23 19.30 19.38 19.59 19.62 19.63 19.64 19.65 21 Te7 YF 20.1 20.3 YF 20.6 22 Te8 YF 20.4,5,7 YF 20.8 Kretsprocesser & Värmemaskiner 23 Te9 Repetition, Termodynamik 20.1 20.5 20.6 20.7 20.9 20.11 20.43 20.48 20.49 Andra huvudsatsen 20.13 20.16 20.18 20.24 20.27 20.31 20.43 20.46 20.51 4
KOMPLETTERANDE SVAR 3.18 3.30: a) 196 m/s; b) 1,15 10 3 g 3.34: 0,81 m/s 2, 38 o till höger om vertikallinjen (snett upp åt höger) 4.54 a)- ; b) 3,53 m/s 2 ; c) 120 N; d) 93,3 N 5.4 a) 2,54 10 3 N; b) 1,01 5.8 a) 5,23 10 4 N; b) 3,36 10 4 N 5.14 a) T=wsinα ; b) 2wsinα; c) wcosα för varje 5.62 w; F = w/2 5.96 a) 21 m/s; b) 8,5 m/s 5.114 v = grm m 6.4 a) 99,2 N; b) 387 J; c) n0ll;noll; e) noll 6.6 2,6 10 9 J 6.38: a) 2,0 m/s; b) 2,0 m/s; c) 1,7 m/s 6.50 28 6.62 a) -22,3 J; b) 15,3 J; c) Normalkraft utr. Inget arbete; d) -7,0 J; e) 1,4 m/s 7.20 1,72 m 7.46 a) h > (5/2)R 7.74 a) 7,30 m/s; b) 1,06 m; c) 1,32 m 8.20 a) 3,60 m/s; b) 8,64 J 8.36 a) 2,93 cm; b) 866 J; c) 1,73 J 8.38 229 m/s (230 m/s) 8.42 0,150-kg: 3,2 m/s åt vänster; 0,300-kg: 0,20 m/s åt vänster. 8.74 23,2 cm 10.4: 14.14 a) 2,52 10 6 Pa; b) 1,78 10 5 Pa 17.34 17.36 a) 38 J; b) 4,5 10 4 J 17.42 a)2,51 10 3 J/kg K; b) overestimate 17.52: a) Q = 6,33 10 4 J, b) Q = 6,91 10 3 J, c) ånga ger betydligt värre brännskador 17.62 17.76: P = 4,54 10 3 W = 4,54 kw 17.116 18.4: a) T = 175 o C, b) V = 1,00 l 18.14: a) V 2 = 3,74 V 1, b) lungorna klarar ej denna volymförändring, bör andas 18.24: N = nn A = pvn A /(RT) =2,2 10 6 18.38: λ = 1,6 10 5 m 18.44 a) 1380 J/kg K; b) Vibrationer bidrar till specifika värmekapaciteten 18.50 2500 m 18.52 Fast fas och ånga, ingen vätska. 18.74 a) 758 J; b) 0,0242% 19.4 a)-; b) 0 19.6 a)-; b) 0 första; -4,00 10 4 J andra 19.12 a)-1,15 10 5 J; b) 2,55 10 5 J ut ur; c) Nej 19.18 a) Ja; b) Nej; c) Negativ 19.20 W=Q=-335 J 18.52 Temperaturen 0.00 C är précis under trippel punkten hos vatten därför är det ingen vätska. Fat is och vattenånga är I jämvikt vid 0. 00 C. patm 18.62: 0.9 m = 0,14 m ρg 18.74: a) 758 J, b) 0,0242% 19.28: W = Q = 335 J 19.21: a) vågrät linjen V 1 V 2 ; b) W = 208 J; c) på kolven; d) ΔU = 712 J; e) Q = 924 10 3 J; f) W = 208 J 19.30 C v = 65,5 J/mol K; C p = 73,8 J/mol K 19.38 a) 301K; b) isoterm: 301 K; isobar 601 K; adiabatisk: 189K 19.41: a) pv ökar; b) W = 4800 J 19.44: Q ab = 90 J, Q bc = 890 J, Q ad = 300 J, Q dc = 350 J; värme tillförs 19.62 a)-; b) 710 K; c) 4,8 10 5 Pa; d) 285 J 19.64 a)-; b) 114 K; c) 6,82 10 4 Pa 19.62: b) T 2 = 710 K c) p 3 = 480 kpa d) W = 285 J 19.64: a) T 1 = 150 K, T 2 = 114 K, p min = 6,82 10 4 Pa 20.6: 20.16 a) 3,09 10 7 J; 2,49 10 6 J 20.18 a) -665 J refr, b) -190 J refr, c) 285 J machine 20.24-20.32: a) T = 28,94 o C, b) ΔS = 49,2 J/K 20.43: a) Q in = 2,1 10 4 J, Q ut = 1,66 10 4 J; b) W = 4,4 10 3 J, e = 0,21 = 21%; c) e max = 0,67 = 67% 20.46 10,5% 20.48 a) 7,36 10 5 J; b) 9,33 10 5 J; c) 1,98 10 5 J; d) 3,73 5