Fysik A. Studentereksamen. Torsdag den 27. maj 2010 kl

Transkript

1 Fysik A Studentereksamen 1stx101-FYS/A Torsdag den 27. maj 2010 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 Afbrænding af peanuts Opgave 2 Rullende fortov Opgave 3 Gynge Opgave 4 Gasflaske med oxygen Opgave 5 Gliese 876 Opgave 6 Bueskydning Opgave 7 Verdens største accelerator 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. Afbrænding af peanuts Foto: Nils Kruse Peanuts har et højt indhold af olie og kan derfor nemt antændes. Energien, som frigives ved forbrænding af en peanut, kan udnyttes til opvarmning af en dåse med vand. I et forsøg varer forbrændingen af en peanut 90 sekunder, og der frigives herved energien 5,8 kj. a) Med hvilken gennemsnitlig effekt frigives der energi ved denne forbrænding? I forsøget udnyttes den frigivne energi til opvarmning af en aluminiumsdåse med vand. Herved stiger temperaturen af vand og dåse med 8,3 C. Aluminiumsdåsen har massen 14 g, og vandets masse er 142 g. b) Beregn nyttevirkningen ved opvarmningen af vand og dåse.

6 Side 2 af 6 Rullende fortov Foto: S P Smiler 2. Metrostationen Montparnasse i Paris har et rullende fortov med høj fart. På det første stykke accelereres fodgængere fra farten 4 km/h til 9 km/h, og på det sidste stykke bremses fodgængerne igen til 4 km/h. En fodgænger træder ind på det rullende fortov til tiden t = 0 s. Grafen viser fodgængerens fart som funktion af tiden. a) Bestem ud fra grafen fodgængerens acceleration til tiden t = 5,0 s. Bilag 1 kan benyttes ved besvarelsen. b) Brug grafen til at bestemme længden af det rullende fortov. Bilag 1 kan benyttes ved besvarelsen.

7 Side 3 af 6 Gynge Foto: Nils Kruse 3. Drengen på billedet gynger. a) 4. Tildel passende værdier til relevante fysiske størrelser, og brug disse til at vurdere drengens fart i det laveste punkt i bevægelsen. Gør herunder rede for de relevante antagelser. Gasflaske med oxygen På nogle værksteder bruges oxygen i forbindelse med svejseapparater. Oxygenen opbevares på en gasflaske. Ved en brand kan trykket i gasflasken stige voldsomt. En gasflaske med oxygen opbevares i et værksted ved temperaturen 18 C, hvor trykket i flasken er 21,3 MPa. Under en brand i værkstedet stiger temperaturen i gasflasken til 320 C. a) Hvilket tryk er der i gasflasken ved denne temperatur?

8 Side 4 af 6 5. Gliese 876 Stjernen Gliese 876 ligger i stjernebilledet Vandmanden, men er ikke synlig med det blotte øje. Gliese 876 er en af vore nærmeste stjerner og er interessant, fordi der er observeret hele tre planeter i kredsløb omkring den. Gliese 876 er en meget lyssvag stjerne og kan kun observeres med teleskop. Stjernens intensitet målt ved Jorden er 1, W/m 2, og dens afstand fra Jorden er 1, m. a) Beregn den udstrålede effekt fra stjernen Gliese 876. Intensitetsfordelingen af stjernens udstråling som funktion af bølgelængden har sit maksimum ved 833 nm. b) Hvor stor er den gennemsnitlige kinetiske energi for partikler i stjernens overflade? Den nærmeste af planeterne omkring stjernen Gliese 876 foretager en jævn cirkelbevægelse omkring stjernen. Tabellen viser data for denne planet. Data for planeten Masse Baneradius Omløbstid 5, kg 3, m 1,938 døgn c) Beregn massen af stjernen Gliese 876.

9 Side 5 af 6 6. Bueskydning Foto: Nils Kruse En forsøgsopstilling med legetøjsbue og vanddunk. En vanddunk hænger i en legetøjsbue. Massen af dunken med vand er 3,0 kg. a) Beregn størrelsen af den kraft, hvormed vanddunken påvirker buen. Vanddunken trækkes lidt ned og slippes. Herved sættes den i lodrette harmoniske svingninger. Forsøget gentages med forskellige mængder vand i dunken. Tabellen viser sammenhørende værdier af svingningstiden og dunkens masse. m / kg 0,7 1,3 2,0 2,6 3,0 3,4 3,9 4,8 T / s 0,55 0,75 0,96 1,07 1,16 1,22 1,31 1,45 b) Vis ud fra tabellens data, at buens fjederkonstant er 90 N/m. På en vandret græsplæne affyres en pil fra legetøjsbuen. Pilen har massen 32,8 g. Pilen og buestrengen trækkes 0,55 m ud fra ligevægtsstillingen, og pilen affyres vandret fra højden 1,58 m over jorden. 60 % af energien oplagret i buen udnyttes til pilens vandrette bevægelse. c) Hvor langt kommer pilen i vandret retning?

10 Side 6 af 6 7. Verdens største accelerator Foto: CERN På det europæiske forskningscenter CERN i Schweiz har man bygget verdens største accelerator Large Hadron Collider. I acceleratoren sendes protoner hver sin vej rundt i to cirkelformede rør. Protonerne bevæger sig i en cirkelformet bane med omkredsen 26,659 km, og hver proton gennemfører et omløb på 8, sekund. a) Vis, at protonernes fart er meget tæt på lysets fart. Acceleratorens ene rør indeholder 3,09 10 protoner, som bevæger sig rundt i banen og udgør en elektrisk strøm. b) Beregn den elektriske strømstyrke i det ene rør. På udvalgte steder i acceleratoren kolliderer de to protonstråler. Når acceleratoren er i fuld drift, vil hver proton have den kinetiske energi 1, J. Ved kollisionen kan der dannes protoner og antiprotoner ved følgende reaktion p p p p p p c) Forklar, at de kolliderende protoners energi er tilstrækkelig til, at denne reaktion kan finde sted. (Opgavesættet er slut)

11

12 Undervisningsministeriet

13 STUDENTEREKSAMEN MAJ STX101-FYA BILAG 1 Ark af i alt ark Navn: Skole/kursus: Klasse: Bilaget kan afleveres sammen med besvarelsen