Dansk Fysikolympiade 2009 Landsfinale fredag den 21. november Teoretisk prøve. Prøvetid: 3 timer

Relaterede dokumenter
Fysik A. Studentereksamen

Kernefysik og dannelse af grundstoffer. Fysik A - Note. Kerneprocesser. Gunnar Gunnarsson, april 2012 Side 1 af 14

Dansk Fysikolympiade 2007 Landsprøve. Prøven afholdes en af dagene tirsdag den 9. fredag den 12. januar. Prøvetid: 3 timer

MODUL 5 ELLÆRE: INTRONOTE. 1 Basisbegreber

Eksamen i fysik 2016

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

Vejledende opgaver i kernestofområdet i fysik-a Elektriske og magnetiske felter

Løsninger til udvalgte opgaver i opgavehæftet

Strålingsintensitet I = Hvor I = intensiteten PS = effekten hvormed strålingen rammer en given flade S AS = arealet af fladen

Opgaver i fysik - ellære

Medicinsk fysik. Side 1 af 11 sider

Fysik A. Studentereksamen

Fysik A. Studentereksamen. Onsdag den 25. maj 2016 kl

Fysik A. Studentereksamen

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

Løsningsforslag til fysik A eksamenssæt, 23. maj 2008

Folkeskolens afgangsprøve Maj-juni 2006 Fysik / kemi - Facitliste

Benjamin Franklin Prøv ikke at gentage forsøget! hvor er den passerede ladning i tiden, og enheden 1A =

Teoretiske Øvelser Mandag den 28. september 2009

Fysik A. Studentereksamen. Onsdag den 1. juni 2016 kl

Sæt GM-tællererne til at tælle impulser i 10 sekunder. Sørg for at alle kendte radioaktive kilder er placeret langt væk fra målerøret.

Dansk Fysikolympiade 2015 Udtagelsesprøve søndag den 19. april Teoretisk prøve. Prøvetid: 3 timer

STUDENTEREKSAMEN MAJ-JUNI 2004 SPROGLIG LINJE NATURFAG. Onsdag den 19. maj 2004 kl

STUDENTEREKSAMEN MAJ 2007 Vejledende opgavesæt nr. 2 FYSIK A-NIVEAU. Xxxxdag den xx. måned åååå. Kl STX072-FKA V

Theory Danish (Denmark) Ikke-lineær dynamik i elektriske kredsløb (10 point)

Fysik A. Studentereksamen Sygeterminsprøve i Fysik A. Sorø Akakademis Skole. Fredag den 19. maj 2017 kl stx171-FYS/A

Røntgenspektrum fra anode

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Fredag d. 2. juni 2017 kl

Partikler med fart på Ny Prisma Fysik og kemi 9 Skole: Navn: Klasse:

Kompendium i fysik. 5. udgave - oktober Uddannelsesstyrelsen

1. Beregn sandsynligheden for at samtlige 9 klatter lander i felter med lige numre.

Danmarks Tekniske Universitet

STUDENTEREKSAMEN MAJ 2007 Vejledende opgavesæt nr. 1 FYSIK A-NIVEAU. Xxxxdag den xx. måned åååå. Kl STX071-FKA V

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

Theory Danish (Denmark)

ELLÆRENS KERNE- BEGREBER (DC) Hvad er elektrisk: Ladning Strømstyrke Spændingsforskel Resistans Energi og effekt

Til at beregne varmelegemets resistans. Kan ohms lov bruges. Hvor R er modstanden/resistansen, U er spændingsfaldet og I er strømstyrken.

Fysik A. Studentereksamen

Dronninglund Gymnasium Fysik skriftlig eksamen 27. maj 2011

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

Undervisningsbeskrivelse

Danmarks Tekniske Universitet

Fysik A. Studentereksamen

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Torsdag d. 7. august 2014 kl

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Torsdag d. 9. juni 2011 kl

Teknikken er egentlig meget simpel og ganske godt illustreret på animationen shell 4-5.

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Mandag d. 11. juni 2012 kl

Danmarks Tekniske Universitet

Kernereaktioner. 1 Energi og masse

Danmarks Tekniske Universitet

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Torsdag d. 23. august 2012 kl

Big Bang og universets skabelse (af Jeanette Hansen, Toftlund Skole)

Danmarks Tekniske Universitet

Fysik A. Studentereksamen

Når enderne af en kobbertråd forbindes til en strømforsyning, bevæger elektronerne i kobbertråden sig (fortrinsvis) i samme retning.

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Tirsdag d. 11. august 2015 kl

Placering af vindmøller Denne øvelse er lavet af: Lavet af Martin Kaihøj, Jørgen Vind Villadsen og Dennis Noe. Rettet til af Dorthe Agerkvist.

Intern dosimeteri. Eval Rud Møller Bioanalytikeruddannelsen VIA University College September 2008

Geovidenskab A. Vejledende opgavesæt nr. 2. Vejledende opgavesæt nr. 2

Skriftlig eksamen i Statistisk Mekanik den fra 9.00 til Alle hjælpemidler er tilladte. Undtaget er dog net-opkoblede computere.

NATURFAG Fysik/kemi Folkeskolens afsluttende prøver Terminsprøve 2009/10

ELEKTRISKE KREDSLØB (DC)

Theory Danish (Denmark)

Biofysik ( ) Eksamen 6. juni timers skriftlig prøve. Alle hjælpemidler er tilladt

Danmarks Tekniske Universitet

Rapport uge 48: Skråplan

Læringsmål i fysik - 9. Klasse

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

Myonens Levetid. 6. december 2017

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. 25. August 2011 kl

1. G fysik Elevbog LaboratoriumforSammenhængendeUddan g n i r æ L g o e s l e n

Energi, bølger repetition af C stof (JR) Kernefysik herunder et eksperimentelt projekt (TG)

Indhold Problemstilling... 2 Solceller... 2 Lysets brydning... 3 Forsøg... 3 Påvirker vandet solcellernes ydelse?... 3 Gør det en forskel, hvor meget

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Torsdag d. 8. august 2013 kl

Bernoulli s lov. Med eksempler fra Hydrodynamik og aerodynamik. Indhold

Big Bang Modellen. Varmestråling, rødforskydning, skalafaktor og stofsammensætning.

Newtons love - bevægelsesligninger - øvelser. John V Petersen

Undervisningsbeskrivelse

Danmarks Tekniske Universitet

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

NOGLE OPGAVER OM ELEKTRICITET

Undervisningsbeskrivelse

Tillæg til partikelfysik (foreløbig)

Energiform. Opgave 1: Energi og energi-former

Undervisningsbeskrivelse

Antistofteorien, en ny teori om universets skabelse.

Fysik rapport. Elektricitet. Emil, Tim, Lasse og Kim

Videregående kernefysik 1/6 september 2013 / Henning Schou

Skråplan. Esben Bork Hansen Amanda Larssen Martin Sven Qvistgaard Christensen. 2. december 2008

t.,1~_ ~-.~ ÅRNBY~Z ~ GYMNASIUM ,.~,. ~ FYSIKA Terminsprøve Torsdag den 12. april kl

Rækkevidde, halveringstykkelse og afstandskvadratloven

MODUL 1-2: ELEKTROMAGNETISK STRÅLING

Danmarks Tekniske Universitet

A KURSUS 2014 ATTENUATION AF RØNTGENSTRÅLING. Diagnostisk Radiologi : Fysik og Radiobiologi

Absorption af Gammastråler i Vand og α strålers flyve længde i tågekamre

Løsninger til eksamensopgaver på fysik A-niveau maj 2015

Hvorfor bevæger lyset sig langsommere i fx glas og vand end i det tomme rum?

Faldmaskine. , får vi da sammenhængen mellem registreringen af hullerne : t = 2 r 6 v

3. Radioaktiv Henfaldstid

Transkript:

Dansk Fysikolympiade 2009 Landsfinale fredag den 21. november 2008 Teoretisk prøve Prøvetid: 3 timer Opgavesættet består af 6 opgaver med i alt 17 spørgsmål. Bemærk at de enkelte spørgsmål ikke tæller ens. Ud for hvert spørgsmål er anført hvor mange point, spørgsmålet maksimalt kan give. Hvis man har alt rigtigt, kan man opnå i alt 30 point. Alle hjælpemidler er tilladte.

1. Tre korte beregningsopgaver Elektrisk kredsløb Fire resistorer er forbundet til en konstant spændingskilde som vist på fig. 1. Til at begynde med er kontakten K afbrudt, og amperemetret viser strømstyrken I = 2,7 ma. Nu sluttes kontakten K. a) (1,5 point) Beregn den nye værdi af strømstyrken. I A 2,0 kω 8,0 kω K 3,0 kω 5,0 kω U Figur 1. Et elektrisk kredsløb med kontakt. Gennemsnitsdensitet for planeter To kugleformede planeter har radier R 1 og R 2. Tyngdeaccelerationerne ved overfladen af de to planeter er henholdsvis g 1 og g 2, og planeternes gennemsnitsdensiteter betegnes henholdsvis ρ 1 og ρ 2. b) (1,5 point) Vis, at der gælder ρ1 g1 R2 =. ρ g R 2 2 1 Figur 2. Solen og planeterne. Chokbølge fra kernevåben Ved detonation af et kernevåben i luft frigøres energien E, og der opstår en kugleformet chokbølge. Radius R af chokbølgen afhænger af tiden t, energien E og luftens densitet ρ 0. Så længe trykket i chokbølgen er væsentligt større end det omgivende lufttryk vil β γ der gælde, at R = 1033E α ρ 0 t, hvor 1033 er en dimensionsløs konstant. c) (2,0 point) Bestem værdien af potensen γ i tidsafhængigheden. Figur 3. Detonation af et kernevåben. Side 2 af 6

2. Tre korte forklaringsopgaver Raman-spredning Når lys med en given farve, fx blå, sendes mod en gas bestående af en bestemt type atomer, observerer man, at en lille del af lyset kommer ud med en anden farve, fx rød. Dette kaldes Raman-spredning. a) (2,0 point) Benyt fig. 4 til at give en kort, mulig forklaring af fænomenet. blåt lys ind E 3 E 2 E 1 grundtilstand Raman-spredt rødt lys ud Figur 4. De atomare energiniveauer i gasatomet. Tilførsel af saltvand til et akvarium På et marinbiologisk laboratorium har man akvarievand med forskellig saltkoncentration. Et stort akvarium med rent ferskvand (lysegrå) skal tilføres saltvand. Derfor forbindes akvariet via en U-formet hævert til en stor saltvandsbeholder (mørkegrå), som vist på fig. 5. Saltvandets densitet er noget større end ferskvandets, og saltvandets overflade befinder sig i højden h over ferskvandets overflade. Med hæverten skal man lede saltvand over i akvariet. Ved en fejltagelse er hæverten blevet fyldt med ferskvand, og som følge heraf kan saltvandet kun stige et vist stykke H op i hævertens venstre gren, som vist på fig. 5, før det går i stå. saltvandsbeholder Figur 5. En marinbiologisk hævert. For at saltvandet kan strømme over i akvariet af sig selv, må man presse positionen af grænsen mellem saltvandet og ferskvandet forbi en bestemt position Q i hæverten. Beholderen og akvariet er så store, at man kan se bort fra ændringer af vandstanden i dem. b) (2,0 point) Ligger Q til venstre for, lige ved, eller til højre for toppunktet P? Begrund svaret. H P h hævert ferskvandsakvarium Lystryk Et meget lille kugleformet objekt befinder sig i en rumligt inhomogen laserstråle, som er parallel med y- aksen, og hvor intensiteten (antallet af fotoner pr. tid) er større i venstre end i højre side af strålen, se fig. 6. Objektet bryder lyset uden refleksion. y Lille kugleformet objekt c) (2,0 point) Vil kuglens bevægelse på tværs langs x- aksen være mod venstre eller højre? Begrund svaret. Inhomogen laserstråle Figur 6. En kugle i en inhomogen laserstråle. x Side 3 af 6

3. Tovbane I en tovbane er en kabine fæstnet til aksen på et hjul. Hjulet ruller på en bærewire, og hjul med kabine trækkes af en trækwire, se fig. 7. Bærewiren kan her antages at være helt stram, og den danner en vinkel med vandret på 18±. På grund af rullemodstand og gnidning i hjulet er der hele tiden en modstandskraft på 500 N, når kabinen bevæger sig opad. Efter en kortvarig acceleration bevæger kabinen sig med konstant fart. Massen af kabinen er 800 kg, og det antages, at man kan se bort fra wirernes og hjulets masse. Trækwire Bærewire Kabine g Figur 7. Skitse af tovbanen med kabine og wirer. a) (1,5 point) Beregn kraften fra trækwiren på hjulet, mens farten er konstant. Efter starten vokser kabinens fart fra 0 til 2,0 m/s i løbet af de første 4,0 s. Accelerationen er konstant i dette tidsrum. Herefter bevæger kabinen sig med konstant fart. b) (2,0 point) Beregn trækkraftens maksimale effekt. Længere oppe på tovbanen er der et stykke, hvor kabinen bevæger sig vandret. Afstanden mellem to bærestolper er her 50 m. Der er en lille nedsynkning af bærewiren ved kabinen. Størrelsen af denne nedsynkning er 0,70 m, når kabinen befinder sig midt mellem de to bærestolper. c) (2,0 point) Med hvilken kraft er bærewiren udspændt, når kabinen befinder sig midt mellem de to stolper? Man kan her se bort fra kraften fra trækwiren og modstandskraften. 4. Stød mellem molekyler To molekyler med masserne M og m støder sammen i et elastisk stød. Før stødet har de to molekyler samme kinetiske energi, og molekylet med massen M har farten U, mens molekylet med massen m har farten u. Efter stødet har molekylet med massen m farten v, mens det andet molekyle ligger stille. a) (2,5 point) Vis, at U = v u. b) (2,5 point) Vis, at m M = 3 + 2 2. M U u m Figur 8. De to molekyler før det elastiske stød finder sted. Side 4 af 6

5. Halogenspots Et system bestående af syv halogenspots forsynes med strøm fra en transformer, der omformer netspændingen til et spændingsfald på 12,0 V. Et amperemeter, hvis resistans man kan se bort fra, måler den samlede strømstyrke I i kredsen, se fig. 9. Hver enkelt halogenspot omsætter energi med effekten 20,0 W ved spændingsfaldet på 12,0 V. Transformer A 12 V V a) (1,0 point) Beregn strømstyrken I Figur 9. Kredsløb med syv halogenspots. Med syv halogenspots tilsluttet er der fare for en overophedning af transformeren, som har resistansen R (resistansen i sekundærspolen). For at afhjælpe dette fjernes to pærer. Spændingsfaldet over transformeren er fortsat 12,0 V, og man kan regne med, at resistansen R er konstant. b) (2,0 point) Hvor mange procent formindskes herved den effekt, som afsættes i R? 6. PET-scanning Ved en kerneproces, hvor en 18 O-kerne beskydes med en hurtig proton, dannes en 18 8 9 F-kerne samt en anden partikel. Den dannede 18 F-kerne er ustabil, idet den henfalder ved en 9 β+ -proces. a) (1,0 point) Opskriv reaktionsskemaet for hver af de to kerneprocesser. Ved PET-scanning i nuklearmedicinsk diagnostik benyttes sommetider glukosemolekyler med 18 F- 9 atomer, som indgår i organernes stofskifte. Ved målinger af den radioaktive stråling fra kroppen kan man derfor afsløre områder, hvor 18 9 F koncentreres. Det sker for eksempel i kræftsvulster. A B Figur 10. Oversigt over PET-scannersystemet. Bemærk de to tællere mærket A og B. Side 5 af 6

Positronen fra β + -henfaldet vil nedbremses i vævet inden for ca. en millimeter fra dannelsesstedet. Herefter vil den møde en elektron og annihilere under udsendelse af to modsatrettede gammafotoner, hver med energien 8,19 10-14 J. Gammakameraet indeholder en kreds af mange tællere rundt omkring patienten, se fig. 10, og det er designet til at registrere gammafotoner med netop denne energi, forudsat at de kommer i par, som er næsten samtidige. En annihilation giver nu anledning til, at to tællere A og B (mærket med rødt på fig. 10) i denne kreds registrerer fotoner med en meget lille tidsforskel. Registreringen i tælleren A finder sted 0,42 ns før registreringen i tæller B. b) (1,0 point) Hvor langt fra midtpunktet mellem tællerne A og B har annihilationen fundet sted? Q-værdien for β + -processen er 1,01 10-13 J, og i gennemsnit vil positronens kinetiske energi kun være ca. halvdelen heraf. Når positronerne efter nedbremsning annihilerer, vil ca. 50 % af de dannede gammafotoner absorberes i kroppen. En patient får indsprøjtet en opløsning af glukose med 18 9 F, der til at begynde med har en gammaaktivitet på A γ = 90 MBq. Halveringstiden for β + -henfaldet af 18 F er T 9 ½ = 109,8 minut. Man kan regne med, at positronerne, som dannes ved β + -henfaldene, har en meget kort levetid. Man kan også regne med, at stort set al 18 9 F henfalder, før det bliver udskilt af kroppen. c) (1,5 point) Forklar, hvorfor opløsningens β + -aktivitet er A β = 45 MBq, og find antallet af 18 9 F- kerner i opløsningen til at begynde med. d) (2,0 point) Vurdér størrelsen af den energi, der i alt er absorberet i patienten, når alle 18 9 F-kerner er henfaldet. Opgavesættet slut Side 6 af 6