Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Transkriptio

1 Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7 alitse kolme tehtävää. 6p/tehtävä. 1. Mitä mieltä olet seuraavista väitteistä. Perustele lyhyesti ovatko väitteet totta vai tarua. a. irtapiirin hehkulamput ovat samanlaisia. Kun kytkin K suljetaan, lampun kirkkaus vähenee. 4,5 K 4,5 B b. arautuneen ja neutraalin kappaleen välillä voi olla sähköinen vuorovaikutus, koska varautunut kappale voi polarisoitua voimakkaassa sähkökentässä. c. Jännitemittarin mittausaluetta voidaan laajentaa, kun mittarin kanssa sarjaan kytketään etuvastus.. iereisessä kuvassa on kondensaattori kytkettynä potentiometriin (=elektroskooppiin). a) Miten kondensaattorilevyjen välinen jännite ja sähkökenttä muuttuvat, kun levyjen välille viedään oppikirja(paperia)? b) Kondensaattorin levyjen välistä etäisyyttä pienennetään. Miten kondensaattorilevyjen välinen jännite ja sähkökenttä muuttuvat? c) Miten kondensaattorin jännite muuttuu, kun levyjen välillä liikutetaan tasaiseen tahtiin metallipalloa edestakaisin levyltä toiselle? 3. Oppilastyössä tutkittiin pariston napojen välisen jännitteen riippuvuutta pariston sähkövirrasta. sitä mittaukseen sopiva kytkentä. räällä paristolla saatiin seuraavasta taulukosta ilmenevät tulokset: I / 0,04 0,07 0,11 0,17 0, U/ 4, 4,0 3,5 3,0,7 Määritä tulosten perusteella graafisesti pariston sisäinen resistanssi ja lähdejännite. 4. Kaksi samanlaista metallipalloa ( 0,3 g) ripustetaan 1,5 m:n mittaisiin samasta pisteestä lähteviin lankoihin. Pallot varataan yhtä suurilla varauksilla. Laske pallojen varaukset, kun langat muodostavat 30 asteen kulman.

2 Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) /7 5. Television kuvaputkelle sinkoutuu elektroneja katodisädeputkesta. lektronit irtoavat katodilta. Katodisädeputken päiden välillä on 1,0 k:n jännite. Putken katodin ja anodin välinen etäisyys on 15 cm. Määritä a) elektronin nopeus sen törmätessä kuvaputkeen ja b) elektronin kiihtyvyys katodisädeputkessa. katodi anodi 15 cm, 1,0 k 6. astuksen resistanssi määritettiin mittaamalla samanaikaisesti vastuksen jännitehäviö ja virta kuvion mukaista kytkentää käyttäen. Jännitemittarin sisäinen resistanssi on = 7500 ohmia, virtamittarin = 3, ohmia ja pariston e =,55 ohmia. Suoritetussa mittauksessa mittarien lukemat olivat U 10,3 ja I 0,1. a) Mikä on vastuksen resistanssin arvo, kun mittareiden sisäisiä resistansseja ei oteta huomioon? b) Mikä on resistanssin oikea arvo? Se saadaan, kun mittareiden sisäiset resistanssit otetaan huomioon. c) Miten mittausta tai mittauskytkentää pitäisi muuttaa, että näillä mittareilla saataisiin suoraan parempi tulos? I I I e

3 Fy06 Koeratkaisut Kuopion Lyseon lukio (KK) 3/7 1. Mitä mieltä olet seuraavista väitteistä. Perustele lyhyesti ovatko väitteet totta vai tarua. a. irtapiirin hehkulamput ovat samanlaisia. Kun kytkin K suljetaan, lampun kirkkaus vähenee. 4,5 K 4,5 B b. arautuneen ja neutraalinen kappaleen välillä voi olla sähköinen vuorovaikutus, koska varautunut kappale voi polarisoitua voimakkaassa sähkökentässä. c. Jännitemittarin mittausaluetta voidaan laajentaa, kun mittarin kanssa sarjaan kytketään etuvastus. a. Kytkimen navat ovat samassa potentiaalissa. Yhdistäminen ei vaikuta lamppujen kirkkauteen lainkaan koska sähkövirtaa ei kytkimen läpi kulje. Tarua. b. Neutraali kappale polarisoituu, varautuneessa kappaleessa varaukset vain siirtyvät. Tarua. c. Totta. tuvastus on sarjassa jolloin siinä tapahtuu jännitehäviö. Mittari voi mitata pientä jännitettä ja jos virta tiedetään voidaan laskea kokonaisjännite.. iereisessä kuvassa on kondensaattori kytkettynä elektroskooppiin. a) Miten kondensaattorilevyjen välinen jännite ja sähkökenttä muuttuvat, kun levyjen välille viedään oppikirja(paperia)? b) Kondensaattorin levyjen välistä etäisyyttä pienennetään. Miten kondensaattorilevyjen välinen jännite ja sähkökenttä muuttuvat? c) Miten kondensaattorin jännite muuttuu, kun levyjen välillä liikutetaan tasaiseen tahtiin metallipalloa edestakaisin levyltä toiselle? a) Kirjaa voidaan pitää eristekappaleena. risteen sisällä sähkökenttä pienenee, jolloin myös levyjen välinen sähkökenttä pienenee. Sähkökentän pieneneminen aiheuttaa jännitteen pienenemisen. oidaan myös ajatella kondensaattorin kapasitanssin kasvavan eristeen ansiosta, jolloin kondensaattorin varauksen säilyessä sen jännite pienenee. b) Sähkökenttä levyjen välillä ei muutu, koska levyjen varaus ei muutu. täisyyden pienentyessä kondensaattorin jännite vastaavasti pienenee. c) Pallon liikuttelu tasoittaa eli pienentää kondensaattorin varausta. Kondensaattorin jännite on verrannollinen varaukseen. arauksen pienentyessä jännite pienenee.

4 Fy06 Koeratkaisut Kuopion Lyseon lukio (KK) 4/7 3. Oppilastyössä tutkittiin pariston napojen välisen jännitteen riippuvuutta pariston sähkövirrasta. sitä mittaukseen sopiva kytkentä. räällä paristolla saatiin seuraavasta taulukosta ilmenevät tulokset: I / 0,04 0,07 0,11 0,17 0, U/ 4, 4,0 3,5 3,0,7 Määritä tulosten perusteella graafisesti pariston sisäinen resistanssi ja lähdejännite. Piirretään kuvaaja taulukon arvoista (virta, napajännite)-koordinaatistoon. Kuvaajan kulmakertoimen itseisarvo on pariston sisäinen resistanssi ja jännite-akselin leikkauspiste lähdejännite. Kulmakertoimesta sisäinen resistanssi 8,7 Ω ja lähdejännite 4,5. 4. Kaksi samanlaista metallipalloa (0,3 g) ripustetaan 1,5 m:n mittaisiin samasta pisteestä lähteviin lankoihin. Pallot varataan yhtä suurilla varauksilla. Laske pallojen varaukset, kun langat muodostavat 30 asteen kulman. T Fe G

5 Fy06 Koeratkaisut Kuopion Lyseon lukio (KK) 5/7-4 Kulma a 15, m 0,3g 310 kg, l 1,5 m, r 1,5 msin15 0,776 m Palloihin vaikuttavat voimat summautuvat nollaksi Newtonin II-lain mukaan, koska systeemi on tasapainossa. Ty T. T y Tx G T cos15 G, Fe T sin15 Fe Tx G Yllä olevista yhtälöistä saadaan T ja F e G tan15. Coulombin lain mukaan cos15 Q F e k G tan15. atkaistaan varaus Q r G tan15 r k 1, missä k. 4 0 Q mg tan15 (3sin15 m) kg 9,81m/s tan15 (3 m sin15) araukset samanmerkkisiä palloissa. 4 0, C 30 nc 5. Television kuvaputkelle sinkoutuu elektroneja katodisädeputkesta. lektronit irtoavat katodilta. Katodisädeputken päiden välillä on 1,0 k:n jännite. Putken katodin ja anodin välinen etäisyys on 15 cm. Määritä a) elektronin nopeus sen törmätessä kuvaputkeen ja b) elektronin kiihtyvyys katodisädeputkessa. katodi anodi 15 cm, 1,0 k a) Sähkökentän tekemä kiihdytystyö antaa elektronille nopeuden v. nergiaperiaatteella: 1 mv eu v eu 7 m 19 1,6 10 C1000 /m 31 9,1110 kg 1,9 10 m s

6 Fy06 Koeratkaisut Kuopion Lyseon lukio (KK) 6/7 b) NII-lain mukaan F = ma eli sähkökentän aiheuttama voima F=e antaa elektronille kiihtyvyyden e a m e kohti positiivista levyä. Sähkökenttä voidaan ilmaista jännitteen ja etäisyyden avulla U d 0,15 m m Kiihtyvyys 19 e 1,6 10 C 6670 /m 15 a 1, 10 m/s 31 9,1110 kg m e 6. astuksen resistanssi määritettiin mittaamalla samanaikaisesti vastuksen jännitehäviö ja virta kuvion mukaista kytkentää käyttäen. Jännitemittarin sisäinen resistanssi on = 7500 ohmia, virtamittarin = 3, ohmia ja pariston e =,55 ohmia. Suoritetussa mittauksessa mittarien lukemat olivat U 10,3 ja I 0,1. a) Mikä on vastuksen resistanssin arvo, kun mittareiden sisäisiä resistansseja ei oteta huomioon? b) Mikä on resistanssin oikea arvo? Se saadaan, kun mittareiden sisäiset resistanssit otetaan huomioon. c) Miten mittausta tai mittauskytkentää pitäisi muuttaa, että näillä mittareilla saataisiin suoraan parempi tulos? I I I e U 10,3 a) esistanssin määritelmän mukaisesti saadaan: 0 49, I 0,1 b) irtamittari mittaa oikein vastuksen kautta kulkevan virran. Jännitemittari mittaa vastuksen ja virtamittarin yhteisen jännitehäviön (kuvio alhaalla vasemmalla). Sarjakytkennässä jännite jakaantuu resistanssien suhteessa, (tai U I ja virta U I ) jolloin vastuksen jännitehäviö on U U, ja resistanssi U U I I U I I U I I U I U 0 49,05 3, 45,83 46 I I c) irtamittarin sisäinen resistanssi on suhteellisen suuri verrattuna mitattavaan resistanssiin. Jännitemittarin mittaama jännitehäviö on liian suuri, noin 3,/ 46 0,07 7 % Jännitemittarin sisäinen resistanssi on huomattavasti suurempi kuin mitattava resistanssi. Muutetaan kytkentä alla oikealla olevan kuvion mukaiseksi. Nyt virhe tulee virran mittauksessa, virtamittari näyttää myös jännitemittariin menevän virran. Jännitemittarin osuus koko virrasta on 46/( ) 0,0061 0,6 %. li virhe jää pienemmäksi kuin alkuperäisessä mittauksessa.

7 Fy06 Koeratkaisut Kuopion Lyseon lukio (KK) 7/7 Huom. iittää, kun huomataan sisäisten resistanssien ero verrattuna mitattavaan resistanssiin. e e I I I