Fysik A. Studentereksamen

Transkript

1 Fysik A Studentereksamen stx132-fys/a Torsdag den 15. august 2013 kl

2 Side 1 af 9 sider Side 1 af 9 Billedhenvisninger Opgave 1 U.S. Fish and wildlife Service Opgave 2 Opgave 4 pet-and-ct-scans-of-cancer.html Opgave /11/dc-3-opens-wednesday.html Opgave 7 phy-astr.gsu.edu/hbase/particles/xi.html

3 Side 2 af 9 sider Opgavesættet består af 7 opgaver med tilsammen 15 spørgsmål. Svarene på de stillede spørgsmål indgår med samme vægt i vurderingen. Opgaverne Opgave 1 Isbjørn på isflage Opgave 2 Stjernestøv Opgave 3 Flerovium Opgave 4 PET-scanning Opgave 5 Candyfloss Opgave 6 Strømningshastighed Opgave 7 Ω partiklens masse Alle hjælpemidler er tilladt Følgende hjælpemidler forudsættes: Databog fysik kemi (F&K Forlaget), 6. udgave (1992) eller senere udgave.

4 Side 3 af 9 sider Side 3 af 9 Opgave 1 Isbjørn på isflage En isflage med rumfanget 18 m 3 flyder i havet. Havvandet har densiteten 1025 kg/m 3. a) Begrund, at isflagen kan bære en isbjørn med massen 450 kg.

5 Side 4 af 9 sider Side 4 af 9 Opgave 2 Stjernestøv NASA s rumkapsel Stardust rejste i rummet i næsten syv år. Stardust indsamlede interstellart støv og materiale, som i 2006 blev bragt tilbage til Jorden for at blive undersøgt nærmere. Rumkapslen Stardust med det indsamlede støv havde massen 45 kg på turen tilbage til Jorden. a) Bestem størrelsen af gravitationskraften på rumkapslen, da den befandt sig 125 km over Jordens overflade. Da rumkapslen var 125 km over Jorden, var dens fart landingen 13 minutter senere var farten 15 km/h. 3 46,3 10 km/h. Ved b) Bestem den gennemsnitlige effekt, hvormed gnidningskraften har omsat mekanisk energi under opbremsningen.

6 Side 5 af 9 sider Side 5 af 9 Opgave 3 Flerovium I 2010 undersøgte en gruppe fysikere en isotop af grundstof nr. 114 og dets henfaldsprodukter. Ved eksperimenterne fremstillede forskerne en isotop af grundstof nr. 114, som har fået navnet flerovium og symbolet Fl. Isotopen 285 Fl fremstilles ved at beskyde 242 Pu med 48 Ca -ioner. Ved beskydningen dannes 285 Fl og et antal neutroner. a) Opstil reaktionsskemaet for dannelse af 285 Fl og gør rede for, hvor mange neutroner, der udsendes ved reaktionen. 285 Fl henfalder ved alfa-henfald til 281 Cn, der har atommassen 281,16929 u. Alfa-henfaldet har Q-værdien 1,762 pj. b) Bestem massen af den dannede 285 Fl - isotop ud fra alfa-henfaldets Q-værdi.

7 Side 6 af 9 sider Side 6 af 9 Opgave 4 PET-scanning Ved en PET-scanning indtager patienten et sukkerstof med en indbygget radioaktiv isotop. Sukkerstoffet med den radioaktive isotop opkoncentreres i de dele af kroppen, hvor der er højt stofskifte. PET-scanneren detekterer ioniserende stråling og tegner et kort over kroppen, der viser, hvor strålingen er størst. Den radioaktive isotop 18 F henfalder ved et betaplus-henfald. Den udsendte positron annihilerer med en elektron i kroppen, og herved udsendes to fotoner. Hver af fotonerne har en bevægelsesmængde med størrelsen 2, kg m/s. a) Beregn energien af en af fotonerne. Før annihilationen ligger elektronen stille. Efter annihilationen er vinklen mellem de to fotoner 179,5. b) Bestem størrelsen af positronens bevægelsesmængde lige før annihilationen. Den samlede aktivitet af 18 F i kroppen er 400 MBq ved scanningens begyndelse. Scanningen varer 40 minutter. c) Bestem antallet af annihilationsprocesser under scanningen.

8 Side 7 af 9 sider Side 7 af 9 Opgave 5 Candyfloss Candyfloss er lavet af sukker. Lange sukkertråde vikles om en pind, så det ligner vat. I en candyflossmaskine opvarmes sukker, så det smelter, og slynges ud fra et hurtigt roterende hjul i midten. Sukkeret størkner på sin vej gennem luften og danner de klistrede tråde i candyflossen. Sukkeret opvarmes af et varmelegeme, der omsætter energi med effekten 1100 W. a) Beregn den elektriske strømstyrke gennem varmelegemet, når spændingsfaldet over det er 230 V. En candyfloss består af 30 g sukker, som skal opvarmes fra 26 C. Tabellen viser data for det sukker, som anvendes i candyfloss. Smeltepunkt 186 C Specifik varmekapacitet 1,5 J/(g K) Smeltevarme 130 J/g b) Vurdér, hvor lang tid det tager at smelte sukkeret til en candyfloss. Når det flydende sukker bliver slynget ud af det roterende hjul i midten af maskinen, har det form som meget små dråber. I det øjeblik en dråbe bliver slynget ud, er den påvirket af en samlet kraft med størrelsen 0,28 N. Der bruges 1000 dråber til en candyfloss. Det roterende hjul har radius 7,1 cm. c) Beregn hvor mange omdrejninger, hjulet foretager pr. minut.

9 Side 8 af 9 sider Side 8 af 9 Opgave 6 Strømningshastighed En magnetisk strømningsmåler kan måle, hvor hurtigt blod flyder gennem en blodåre, hvilket er vigtigt for at sikre korrekt blodtilførsel under operationer. Blod indeholder ladede partikler. Der induceres derfor et elektrisk spændingsfald på tværs af en blodåre, når blodet strømmer gennem magnetfeltet fra en magnetisk strømningsmåler. I blodet findes der ladede partikler, som afbøjes i et magnetfelt fra en strømningsmåler. Magnetfeltet står vinkelret på strømningsretningen. Strømningsmåleren anvender et magnetfelt med størrelsen 65 mt. a) Hvor stor er kraften fra magnetfeltet på en elektron med farten 0,25 m/s? Strømningsmåleren måler derefter på en blodåre med diameter 4,75 mm. Ved blodets passage af magnetfeltet induceres spændingsfaldet 105 µv på tværs af blodåren. b) Vurdér blodets fart i blodåren.

10 Side 9 af 9 sider Side 9 af 9 Opgave 7 - Ω partiklens masse Da kvarkmodellen blev fremsat i starten af 1960 erne, blev det forudsagt, at der måtte eksistere en partikel med tre s-kvarker. Den blev kaldt. Partiklen blev fundet i 1964, og fundet understøttede kvarkmodellen. Figuren viser et boblekammerbillede af sporet af den første observerede partikel. Ω partiklen kan dannes ved beskydning af protoner med K partikler, og Ω partiklen henfalder straks efter dannelsen ved reaktionen Ω Ξ + π a) Gør rede for kvarksammensætningen af de partikler, der indgår i reaktionen. Forklar hvilken vekselvirkning, der er årsag til den viste reaktion. Tabellen viser eksperimentelle data for de dannede partiklers energi. Partikel Energi / MeV 0 Ξ 2320 π 313,8 Ω partiklen i eksperimentet har bevægelsesmængden 2029 MeV/c. b) Bestem Ω partiklens energi ved hjælp af de eksperimentelle data. Bestem en værdi for massen af Ω partiklen ved hjælp af de eksperimentelle data. (Opgavesættet er slut)

11

12 541 TRYKSAG 457