Fysik A. Studentereksamen

Transkript

1 Fysik A Studentereksamen stx112-fys/a Fredag den 12. august 2011 kl

2

3 Opgavesættet består af 7 opgaver med tilsammen 15 spørgsmål. Svarene på de stillede spørgsmål indgår med samme vægt i vurderingen. Der er 1 bilag (vedlagt i 2 eksemplarer) Opgaverne Opgave 1 Opgave 2 Opgave 3 Opgave 4 Opgave 5 Opgave 6 Opgave 7 Türanor Stålværk Dobbeltstjernen Sirius Meget gammelt vand Enterprise E-bike Metro Alle hjælpemidler er tilladt Følgende hjælpemidler forudsættes: Databog fysik kemi (F&K Forlaget), 6. udgave (1992) eller senere udgave.

4 Billedhenvisninger Opgave 1 Opgave 2 Opgave 3 Opgave 4 Opgave 5 Opgave 6 Opgave 7 S. T. A. Executive Nils Kruse Kim Bertelsen Nils Kruse Lene Skytthe/Metroselskabet

5 Side 1 af 7 1. Türanor Türanor er et solcelledrevet skib. Energien til skibet produceres af solceller. Solcellerne på Türanor har et samlet areal på 536 m 2, og de kan levere en maksimal elektrisk effekt på 93,5 kw. Den maksimale effekt leveres, når den indstrålede solintensitet er 930 W/m 2. a) Beregn solcellernes nyttevirkning. Energien fra solcellerne kan lagres i et stort batteri, der fuldt opladet indeholder energien 4,7 GJ. Energien fra batteriet bruges som energiforsyning i tilfælde af manglende solskin. Türanors motorer omsætter energi med effekten 20 kw, når skibet sejler med farten 14 km/h. b) Vurdér, hvor langt Türanor kan sejle med farten 14 km/h udelukkende ved hjælp af et fuldt opladet batteri.

6 Side 2 af 7 2. Stålværk Jernaffald smeltes om i en smelteovn. På et stålværk smeltes jernaffald i en stor smelteovn. To elektroder stikkes ned i jernet. Når spændingsfaldet mellem elektroderne er 900 V, afsættes der energi med effekten 40 MW i jernet. a) Bestem strømstyrken gennem jernet, når spændingsfaldet mellem elektroderne er 900 V. Smelteovnen er påfyldt 80 ton jernaffald. Den specifikke smeltevarme for jern er 275 kj/kg. b) Vurdér, hvor lang tid det tager at smelte dette jernaffald, når den afsatte effekt i gennemsnit er 40 MW. Gør herunder rede for de relevante antagelser.

7 Side 3 af 7 3. Dobbeltstjernen Sirius Sirius er et dobbeltstjernesystem bestående af stjernen Sirius A og en hvid dværg Sirius B. Billedet viser Sirius A til venstre og Sirius B til højre. Den effektive overfladetemperatur på Sirius B er 4 2,48 10 K. a) Ved hvilken bølgelængde har intensitetsfordelingen som funktion af bølgelængden sit maksimum for Sirius B? Observationer af de to stjerners kredsløb om hinanden viser, at Sirius B har massen ,09 10 kg. Sirius B s udstrålede effekt er 9,95 10 W. b) Beregn den gennemsnitlige densitet af Sirius B.

8 Side 4 af 7 4. Meget gammelt vand I den egyptiske ørken hentes meget gammelt grundvand fra over en kilometers dybde. Vandet har ikke været i kontakt med atmosfæren i mange tusinde år. Grundvandets alder kan bestemmes ved hjælp af den radioaktive kryptonisotop 81 Kr. Kryptonisotopen 81 Kr henfalder til en stabil isotop af et andet grundstof. a) Opstil reaktionsskemaet for henfald af 81 Kr. Overfladevand indeholder atomer af 81 Kr, som kommer fra atmosfæren. Når vandet siver ned i undergrunden, tilføres det ikke længere 81 Kr, og indholdet af 81 Kr aftager på grund af det radioaktive henfald af 81 Kr. En vandprøve fra undergrunden indeholder 2,32 millioner kerner 81 Kr. b) Bestem aktiviteten af 81 Kr i vandprøven. 5 Vandet dybt under oasen Gum Horia i den egyptiske ørken er 2,30 10 år gammelt. Vandet siver meget langsomt herfra ad underjordiske vandårer til oasen ved Farafra, som ligger 220 km fra Gum Horia. Vandet under Farafra indeholder 450 kerner af 81 Kr pr liter. Overfladevand indeholder 1900 kerner af 81 Kr pr. liter. c) Bestem alderen af vandet under Farafra. Hvad er den gennemsnitlige fart for vandet, der strømmer fra Gum Horia til Farafra?

9 Side 5 af 7 5. Enterprise Karusellen Enterprise drejer rundt i en vandret cirkel. Passagererne sidder i kabiner, som bliver slynget ud til siden. Karusellen roterer med omløbstiden 4,2 s. Afstanden fra kabinerne ind til omdrejningsaksen er 5,3 m. a) Beregn kabinernes fart. Kabinerne sidder fast på karusellens arme i et hængsel, så de kan svinge frit ud til siden, når karusellen får fart på. En kabine med passagerer har massen 215 kg. b) Indtegn på bilag 1 pile, der viser størrelse og retning af de kræfter, der virker på kabine med passagerer.

10 Side 6 af 7 6. E-bike E-bike er en cykel med en elektrisk hjælpemotor i baghjulets nav. Motoren hjælper med accelerationen og er drevet af et batteri, som kan levere energi til ca. en times kørsel. En cyklist kører strækningen 5,0 km på en e-bike med konstant fart 25 km/h. a) Bestem, hvor lang tid det tager at tilbagelægge strækningen. Tabellen viser sammenhørende værdier for tiden t og den tilbagelagte strækning s for en cyklist på en e-bike. Cyklens acceleration er med god tilnærmelse konstant i det betragtede tidsrum. t / s 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 s / m 0,00 0,60 2,40 5,40 9,60 15,00 21,60 b) Til hvilket tidspunkt opnår cyklisten farten 25 km/h? Mens cyklen accelererer, yder hjælpemotoren den mekaniske effekt 250 W. Massen af cyklist og cykel er tilsammen 65,2 kg. c) Bestem den største effekt, cyklisten selv skal yde i løbet af de 6 sekunder?

11 Side 7 af 7 7. Metro I et metro-tog måles lufttrykket forrest i toget under opbremsning ved en station. Togets indvendige længde er 38,5 m, og togets indvendige tværsnitsareal er 4,0 m 2. Luftens densitet inde i toget er 1,21 kg/m 3. Grafen viser lufttrykket p forrest i toget som funktion af tiden t under en opbremsning. a) Vurdér ud fra grafen den største acceleration under nedbremsningen. (Opgavesættet er slut)

12 Undervisningsministeriet

13 STUDENTEREKSAMEN AUGUST 2011 stx112 FYS/A BILAG 1 Ark af i alt ark Navn: Skole/kursus: Klasse: Bilaget kan afleveres sammen med besvarelsen