Fysik A. Studentereksamen

Transkript

1 Fysik A Studentereksamen 2stx111-FYS/A Fredag den 27. maj 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 2 bilag (begge vedlagt i 2 eksemplarer). Opgaverne Opgave 1 Opgave 2 Opgave 3 Opgave 4 Opgave 5 Opgave 6 Opgave 7 Solfanger Dykning i Det Røde Hav Nattehimlens klareste stjerne Skydiving Mikrobatteri Eridani B Båd for anker Alle hjælpemidler er tilladt Følgende hjælpemidler forudsættes: Databog fysik kemi (F&K Forlaget), 6. udgave (1992) eller senere udgave.

4

5 Side 1 af 7 1. Solfanger Foto: Det viste anlæg er et ventilationssystem, som opvarmer luft udefra og blæser den ind i huset. Luften opvarmes, idet den strømmer langs en sort metalplade, der er opvarmet af solstrålingen. Luften blæses ind i huset af en ventilator, der drives af et solcellepanel. Når ventilatoren kører, er spændingsfaldet over den 12 V, og dens resistans er 9,3 Ω. a) Bestem strømstyrken gennem ventilatoren, når den kører. En forårsdag skinner solen med effekten 588 W på metalpladen. I løbet af en time strømmer 95 kg luft ind gennem solfangeren, hvor luften opvarmes fra 8,0 ºC til 17,0 ºC. b) Bestem solfangerens nyttevirkning i denne situation.

6 Foto: Side 2 af 7 2. Dykning i Det Røde Hav En dykker i Det Røde Hav dykker ned til et koralrev og måler undervejs trykket i forskellige havdybder. Tabellen viser sammenhørende værdier af dybden h under havoverfladen og trykket p under dykket. h / m 0,3 1,2 2,2 3,2 4,5 5,2 6,6 p / kpa a) Find ved hjælp af tabellens oplysninger trykket fra atmosfæren under dykket. b) Bestem ved hjælp af tabellens oplysninger densiteten af vandet i Det Røde Hav.

7 Side 3 af 7 Foto: g/2010/01/resolving_the_red_controve rsy.php 3. Nattehimlens klareste stjerne Stjernen Sirius A er den klareste stjerne på nattehimlen. Den har en radius på 1, m og en udstrålet effekt på 8, W. a) Beregn den effektive overfladetemperatur på Sirius A.

8 Side 4 af 7 4. Skydiving Foto: Ved skydiving foretages udspring fra flere kilometers højde, således at udspringeren kan udføre forskellige akrobatiske øvelser under faldet, før faldskærmen foldes ud. For at vurdere hvornår faldskærmen skal udløses, foretog en udspringer en måling af farten under et fald fra stor højde. Grafen viser sammenhængen mellem farten v under den første del af faldet og tiden t, der er gået fra udspringets begyndelse. a) Bestem udspringerens acceleration til tiden 5,0 s. Bilag 1 kan benyttes ved besvarelsen. Faldskærmen udløses, når udspringeren er faldet 2,0 km. b) Vurdér, hvor lang tid det tager udspringeren at falde 2,0 km. Bilag 1 kan benyttes ved besvarelsen.

9 Side 5 af 7 5. Mikrobatteri Der er stor interesse for at fremstille små batterier med et højt energiindhold. Sådanne mikrobatterier kan placeres direkte i en mikrochip eller i svært tilgængelige sensorer. En type af mikrobatterier virker ved at udnytte strålingen fra betahenfaldet af 63 Ni. a) Opstil reaktionsskemaet for betahenfaldet af 63 Ni. Et batteri med 63 Ni undersøges i et kredsløb som vist på figuren. Resistansen af den viste resistor kan varieres. Tabellen viser sammenhørende værdier for strømstyrken I gennem kredsløbet og spændingsfaldet U over resistoren i kredsløbet. U / mv I / na 0,51 0,89 1,15 1,32 1,48 1,61 1,75 1,87 2,00 2,25 b) Vurdér, hvor stor effekt batteriet maksimalt kan afsætte i resistoren. Hvor stor er spændingsfaldet over resistoren i denne situation? Strømmen i kredsløbet udgøres af betapartikler fra henfaldet af 63 Ni. Man kan regne med, at 15 % af betapartiklerne fra henfaldet af 63 Ni udgør strømstyrken i kredsløbet. Mikrobatteriet kan levere strømstyrken 2,40 na. c) Beregn den nødvendige masse af 63 Ni i mikrobatteriet, hvis det skal kunne levere en strømstyrke på 2,40 na.

10 Foto: Side 6 af 7 6. Eridani B Den 31. januar 1783 observerede astronomen William Herschel stjernen Eridani B. Stjernen er en af de nærmeste stjerner til Jorden, men er så lyssvag, at den ikke kan observeres med det blotte øje. Eridani B ses til venstre i billedet. Stjernen Eridani B er en hvid dværg, som har den effektive overfladetemperatur 3 16,8 10 K. a) Ved hvilken bølgelængde har intensitetsfordelingen som funktion af bølgelængden sit maksimum? Eridani B observeres med et teleskop, hvis åbning har arealet 0,20 m 2. For at teleskopet kan registrere Eridani B, skal det mindst modtage energien 5, J fra stjernen gennem åbningen. 6 Eridani B befinder sig 16,5 lysår fra Jorden, og dens radius er 9,47 10 m. b) Hvor længe skal Eridani B mindst belyse teleskopet, for at teleskopet kan registrere stjernen?

11 Foto: Nils Kruse Side 7 af 7 7. Båd for anker Ankeret på en båd trækkes op ved hjælp af en elmotor. Elmotoren trækker i ankertovet med en kraft, der har størrelsen 386 N. Ankeret trækkes op med farten 18 m/min. a) Beregn den effekt, hvormed elmotoren trækker ankeret op. Ankeret er lavet af aluminium og har massen 14,4 kg. b) Hvor stor er opdriften på ankeret, når det er helt under vand? En lille båd med massen 560 kg ligger for anker som vist på figuren. Opdriften på båden har størrelsen 6,22 kn. På grund af blæst og havstrøm påvirkes båden også af en kraft i vandret retning. c) Indtegn på bilag 2 pilene, der viser størrelse og retning af de fire kræfter, som virker på båden, når den ligger for anker. (Opgavesættet er slut)

12 Undervisningsministeriet

13 STUDENTEREKSAMEN MAJ stx111 FYS/A BILAG 1 Ark af i alt ark Navn: Skole/kursus: Klasse: Bilaget kan afleveres sammen med besvarelsen

14 STUDENTEREKSAMEN MAJ stx111 FYS/A BILAG 2 Ark af i alt ark Navn: Skole/kursus: Klasse: Bilaget skal afleveres sammen med besvarelsen