Fysik A. Studentereksamen. Skriftlig prøve (5 timer) Onsdag den 9. december 2009 kl STX093-FYA

Transkript

1 Fysik A Studentereksamen Skriftlig prøve (5 timer) STX093-FYA Onsdag den 9. december 2009 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 Lys i svømmebassin Sporvogn i San Francisco Globtik Tokyo Protonhenfald Håndvarme Lasersvejsning Laser Alle hjælpemidler er tilladt Følgende hjælpemidler forudsættes: Databog fysik kemi (F&K Forlaget), 6. udgave (1992) eller senere udgave

4

5 Side 1 af 6 1. Lys i svømmebassin Foto: Roblon I svømmebassinet på Ruths Hotel i Gl. Skagen er der lys indbygget i siderne. Lyset, der kan skifte farve, sendes fra en fælles lyskilde frem til bassinet gennem nogle lysledere. Spændingsfaldet over lyskilden er 230 V og den omsætter energi med effekten 150 W. a) Beregn strømstyrken gennem lyskilden. Lyslederne består af en indre kerne med brydningsindeks 1,492, mens kappen uden om har brydningsindeks 1,403. Lysstrålerne, som sendes gennem lyslederne, reflekteres ved totalrefleksion i grænsefladen mellem kernen og kappen i lyslederne. b) Bestem den mindste indfaldsvinkel som en lysstråle må ramme grænsefladen med, hvis lysstrålen skal forblive i lyslederens kerne. Fabrikanten af lyslederne oplyser, at lysets effekt falder til 57 % af den oprindelige effekt efter passage af en 12 meter lang lysleder. c) Hvor stort er effekttabet i lyslederne målt i db pr. meter?

6 Side 2 af 6 2. Sporvogn i San Francisco Foto: Elsebeth Petersen Den første sporvognslinje i San Francisco blev åbnet i Der kører stadig sporvogne i San Franciscos meget stejle gader. Her er sporvogne et velegnet offentligt transportmiddel, fordi de kan køre op og ned ad gader med stigninger på op til 25 %. Sporvognene bliver trukket af et kabel, som ligger mellem skinnerne. Hvert kabel trækkes fremad af en elektrisk motor, der maksimalt kan yde en effekt på 380 kw. En sporvogn trækkes fremad med den konstante fart 15 km/h. a) Beregn størrelsen af kraften fra kablet på sporvognen, når motoren yder den maksimale effekt. En anden sporvogn bliver trukket op ad en stejl gade med konstant fart. Gaden har hældningen 21 med vandret. Størrelsen af trækkraften er 124 kn. Massen af sporvognen med passagerer er 1, kg. b) Tegn på bilag 1 pile, der viser størrelse og retning af de kræfter, som virker på sporvognen. Bestem størrelsen af gnidningskraften på sporvognen.

7 Side 3 af 6 3. Globtik Tokyo Foto: Google Skibet Globtik Tokyo er en såkaldt supertanker. Fuldt lastet har skibet massen 6, kg, og skibet sejler normalt med farten 7,2 m/s. a) Beregn skibets kinetiske energi, når det fuldt lastet sejler med farten 7,2 m/s. Under en acceleration, hvor skibet sejler ligeud, måles sammenhørende værdier af tiden t og skibets fart v. Tabellen viser resultaterne. t / s v / 1,6 2,8 3,5 4,2 4,7 5,2 5,6 6,0 6,4 6,8 7,1 b) Bestem størrelsen af skibets acceleration til tiden t = 400 s. c) Hvor langt sejler skibet fra t = 0 s til t = 1000 s?

8 Side 4 af 6 4. Protonhenfald Et internationalt forskerhold fremstillede i 1995 som de første bismuthisotopen Bi-185. Når denne isotop befinder sig i en exciteret tilstand 185 Bi *, kan den henfalde ved udsendelse af en proton. Datterkernen dannes i sin grundtilstand. a) Opstil reaktionsskemaet for protonhenfaldet af 185 Bi *. Forskerholdet målte, at aktiviteten fra en prøve af 185 Bi * faldt til 20,7 % af den oprindelige aktivitet i løbet af 100 s. b) Bestem her ud fra en værdi for halveringstiden for 185 Bi *. Forskerholdet målte i 1995 Q-værdien for protonhenfaldet af 185 Bi * til 0,2554 pj. Den exciterede tilstand 185 Bi * ligger 0,0352 pj over grundtilstanden for 185 Bi. c) Brug dette til at beregne en værdi for massen af 185 Bi-atomet i grundtilstanden. 5. Håndvarme Foto: Nils Kruse Man kan få varmet sine håndflader ved at gnide dem frem og tilbage mod hinanden. a) Tildel passende værdier til relevante fysiske størrelser, og brug disse til at vurdere, med hvilken effekt der afsættes energi i håndfladerne.

9 Side 5 af 6 6. Lasersvejsning Foto: FORCE Technology Lasere kan anvendes til at svejse stålplader sammen. En af fordelene ved lasersvejsning frem for andre svejseformer er, at svejsehastigheden er større. En CO 2 -laser bruges til svejsning af stålplader. Laseren udsender lys med effekten 12 kw, og den har en nyttevirkning på 11 %. a) Beregn, hvor meget energi laseren skal tilføres, hvis den er i brug i en time. Stålplader med tykkelsen 12,0 mm skal svejses sammen. De lægges kant mod kant, og for at svejse pladerne sammen skal et 2,0 mm bredt område langs hver af de to kanter smeltes helt igennem. Pladernes temperatur er 20 C, før svejsningen starter. Laserstrålen har bredden 4,0 mm. Tabellen angiver nogle data for stål. Data for stål Densitet 7,86 g/cm 3 Specifik varmekapacitet 620 J/(kg C) Smeltepunkt 1515 C Specifik smeltevarme 2, J/kg

10 Side 6 af 6 b) Benyt data i tabellen til at beregne den maksimale fart, hvormed laserstrålen kan føres hen over stålpladerne under svejsningen. Gør herunder rede for de relevante antagelser. 7. Laser Figuren viser et energiniveaudiagram med grundtilstanden og de relevante exciterede tilstande for en gas i en laser. a) Bestem bølgelængden af den udsendte laserstråling. (Opgavesættet er slut)

11

12 Undervisningsministeriet

13 STUDENTEREKSAMEN DECEMBER 2009 STX093-FYA BILAG 1 Ark af i alt ark Navn: Skole/kursus: Klasse: kn Bilaget kan afleveres sammen med besvarelsen