MAOL-Pisteitysohjeet Fysiikka kevät 2003

Transkriptio

1 MOL-Piteityohjeet Fyiikka kevät 003 Tyypilliten virheiden aiheuttaia piteenetykiä (6 piteen kaalaa): - pieni lakuvirhe -/3 p - lakuvirhe, epäielekä tulo, vähintään - - vataukea yki erkitevä nuero liikaa -0 p - karkeapi pyörityvirhe - - lakuia käytetty pyöritettyjä välitulokia -/3 p - kaavaa virhe, joka ei uuta dieniota - - kaavavirhe, joka johtaa väärään dienioon, vähintään - p - lukuarvoijoituket puuttuvat - - ykiköt puuttuvat lukuarvoijoitukia - - ykikkövirhe lopputulokea, vähintään - - täyin kaavaton eity, yleenä -3 p "Solverin" käyttö ei hyväkyttävää Suureyhtälö on ratkaitava kyytyn uureen uhteen, lukuarvot ykikköineen ijoitetaan vata aatuun lauekkeeeen. Graafiet eityket - puutteet koordinaatitoa (akelit, ybolit, ykiköt, jaotu), vähenny 0,5 - p - graafinen taoitu puuttuu - - uoran kulakertoien äärity ykittäiitä havaintopiteitä (eivät uoralla) - - koko, tarkkuu, yleinen huoliattouu, vähenny 0,5 - MOL ry /0 Fyiikan piteityohjeet kevät 003

2 . a) Oikein: Säteilyä tulee. avaruudeta (koinen äteily) ja aaperätä (. radon) 4 40 Myö elävää luonnoa on radioaktiiviia aineita ( C, K ). b) Oikein: Röntgenäteily on läpitunkevaa ähköagneettita äteilyä, joka aborboituu hyvin rakaiiin alkuaineiiin ei. lyijyyn. c) Väärin: α-äteilyn kantaa ilaa on vain uutaan enttietrin luokkaa ionioivita töräykitä johtuen. d) Väärin: Säteilyn vaieneieen riittää uutaan etrin kerro. Syvälle kallioperään ijoittainen etää äteilevien aineiden pääyn ihiten ulottuville ei. ahdolliia luonnonullitukia. Jokaieta kohdata oikea päätelä 0,5 p, perutelu. a) p b) ( ),5 =,5 l = 0,8 ± 0,03 p c) T,5 = l 0,8 T =,78 l± 0,03 T = (,65± 0,05) l p MOL ry /0 Fyiikan piteityohjeet kevät 003

3 3. a) Palloon kohdituvat voiat ovat: painovoia g, ähköinen voia F ja langan jännityvoia T. Voiakuvioa tulee olla F = 0. Ilapalloon vaikuttavat voiat ovat: painovoia g, note N ja ilanvatu F i, Voiakuvioa tulee olla N > g+ Fi b) Voian F S vatavoia on pallon palloon kohditaa ähköinen poitovoia. Painovoian vatavoia kohdituu Maahan. Langan tukivoian vatavoia kohdituu lankaan. Noteen vatavoia kohdituu ypäröivään ilaan. Ilanvatuken vatavoia kohdituu ypäröivään ilaan. 4. v v v 0,85,9 - Hiin kiihtyvyy a = = = =,708 t t, - Newtonin II -lain ukaan F = a T g = a T = ( g+ a) 0,5 p T = 940 kg ( 9,8,708 ) 766 N - W T Moottorin hetkellinen teho P= = = T v t t 0,5 p Panto ja hyötyuhde η =, joten ähköverkota otettu hetkellinen teho on Potto Panto T v Potto = = η η - Ottotehon uuto MOL ry 3/0 Fyiikan piteityohjeet kevät 003

4 T P= P P = v v η ( ) 765,88 N = 0,85,9 0,89 = 754, W -8 kw - Moottorin ähköverkota ottaa teho pienenee 8 kw 5. a) Kun aaltoliike kohtaa kahden väliaineen rajapinnan, aattaa tapahtua oittain heijatuita ja oittain taittuita uuteen väliaineeeen. Taittuien yhteydeä taajuu pyyy aana, utta nopeu ja aallonpituu uuttuvat. Taittuinen noudattaa taittuilakia, in α v = = n. Kuva eittää äteitä, jotka inα v ilaievat aaltoliikkeen eteneiuunnan. Tää α on tulokula ja α on taitekula, aaltoliikkeen nopeudet v ja v ja n pinnan taiteuhde. Jo on kye ähköagneettiita aalloita voidaan ääritellä aineen taitekerroin. c n =, iä c on valon nopeu kyeieä aineea. v 0,5 p in α n Taittuilaki voidaan tällöin eittää uodoa =, (Snellin laki) in α n 0,5 p b) Kuva ja elotu koejärjetelytä Taitekertoien lakeinen ko. tapaukea 6. p x y Lankku on taapainoa, jo F = 0, F =0 ja M = 0 MOL ry 4/0 Fyiikan piteityohjeet kevät 003

5 N = g + g = ( + ) g N= Fµ 0 = µ 0N = µ 0( + ) g N linθ= g lcoθ+ g x co θ :coθ µ 0( + ) g l tanθ= g l+ g x µ 0( + ) l tanθ l x = 0,80 37,5 kg 4,5 tan9 6,5 kg 4,5 x = =,79 kg x,8 7. a) U I = Hehkulapun hehkulangan reitani R kavaa läpötilan kavaea R R= R + αr T ( ) 0 0 b) P= UI U (V) I () P (W) 0 0,6,5 40 0,75 7, ,5,9 80 0,45 9,6 00 0,56 5,6 0 0,305 36,6 40 0,330 46, 60 0,350 56,0 80 0,375 67,5 00 0,400 80,0 0 0,40 9,4 40 0,430 03, Taulukko c) Kuva Kytkentäkaavio P = 65 W, U = 74 V kuvaajata U L R = 56 V L virta kuvaajata U R 56 V R= = = 50Ω p I 0,375 MOL ry 5/0 Fyiikan piteityohjeet kevät 003

6 8. l =,0 N = 40 M = 4,0 0 = 4, T T, uunnat on kuvioa Haluttu agn. vuon tiheu = M + Solenoidin agneettikenttä on akelin uuntainen 5 5 = 4,00 T= 5,7 0 T α=35 µ 0 Solenoidin agneettikenttä = N I l kuvio p 5 l 4,0 0 T,0 Sähkövirta I = = kula N µ 0 7 V 40 4π 0 I = 0,9 Solenoidin akelin ja Maan agneettikentän välinen kula 35 p 9. a) Rutherfordin alli ja en elity toi uodotuu ytietä ja elektroniverhota, ytien varau poitiivinen ja lähe koko atoin aa kekittyy ytieen. ohrin alli Spektritutkiuket 800-luvun lopulla, erityieti alerin oivallu Rutherfordin koe ja en tulkinta ohrin alli, joka oli eniäinen alli, joka ennuti oikein alerin lain ja vedyn viivapektritä aatavat energiat ½ p ½ p b) ohrin allin kekeiet oletuket: - elektroni (varau -e) kiertää pientä ja rakata ydintä (varau +e) ypyräradalla - elektronin pitää radallaan ähköinen vetovoia - elektroni voi kiertää allituilla radoilla, joita kutakin vataa tietty atoin energiatila - kun elektroni kiertää allitulla radalla, atoi ei äteile - elektronin iirtyeä radalta toielle eittoituu tai aborboituu fotoni, jonka energia on ratojen kokonaienergioiden erotu - allittujen ratojen äteet aadaan ohrin kvanttiehdota: Elektronin rataliikkeen pyöriiäärä on kvantittunut iten, että ne voi aada vain arvon h = rv = n, joa n on kokonailuku ja h Planckin vakio MOL ry 6/0 Fyiikan piteityohjeet kevät 003

7 0. f = 39 Hz ω = πf = 784π - = 0,3 Kyeeä on haroninen värähtelijä: a) Paikka xt () = in ωt dx d Värähtelijän nopeu v= = inωt= ωco ωt, dt dt 3 - a) Nopeuden uurin arvo: v = ω = 0, π 0,788 / Hyväkytään yö energiaperiaatteen ukainen ratkaiu dv d b) a= = ω coωt= ω in ωt dt dt Kiihtyvyyden uurin arvo (alaääriaennoa): 3 - aax = ω = 0,3 0 (784π ) 94 a = N g ax ax ax N = a + g kuvata ax N a + g a + g g g g (94+ 9,8) / ax ax ax = = = 00 9,8/ Vatau: a) 0,79 / b) noin 00-kertainen. a) Veden kiehuea iihen tuotu läpö kuluu olouodon uutokeen, höyrytyieen, t. olekyylien irrottaieen toiitaan. b) Ilan akiikoteu pienenee läpötilan lakiea. Kylän pullon lähellä oleva ila jäähtyy. Tällöin pullon pinnalle tiivityy vettä. Kylä ila ei voi iältää niin paljon veihöyryä kuin läin. c) Netekaaupulloa nete ja en höyry ovat taapainoa läpötilaa vataavaa paineea. Kun pullota otetaan kaaua, paine lakee ja netettä höyrytyy. Höyrytyinen itoo läpöä netekaauta ja pullota, jolloin pullo jäähtyy. p p p. = 0,8 M =, M =, r= r + r = 4,30 kg 0 Kuallakin tähdellä on aa kulanopeu ja jakonaika T MOL ry 7/0 Fyiikan piteityohjeet kevät 003

8 Maakekipite O: r = r r = ( r r) r r = + Gravitaatiolain ukaan tähtien välinen vetovoia F = f r Sovelletaan Newtonin toita lakia tähteen : v f = r r v πr = T 4π r 4π f = = r r Tr T r T f = 4π r + r = π =,797 0 f 5 T r =3 d ( + ) 3. a) Tapahtuu influeni eli varauten jakautuinen (aanerkkiet varauket hylkivät tai elektronit iirtyvät). Kun pallot ovat kaukana toiitaan, palloa poitiivinen varau ja palloa negatiivinen varau p b) Jännite pyyy aana. Kapaitani C = εε 0 r. d Kun väliatka kavaa, kapaitani pienenee ja varau Q= CU pienenee. U E =, kun d kavaa E pienenee. p d c) Kytkin auki: Sähkökentän voiakkuuteen vaikuttaa varautihey. Koka varau pyyy aana, ähkökentän voiakkuu pyyy aana. Jännite kavaa U = E d. MOL ry 8/0 Fyiikan piteityohjeet kevät 003

9 4. Sironneen röntgenkvantin energia on E ' = 56,0 kev,5 kev = 53,5 kev. Kyeeä on n. Coptonin ironta. Koka töräy on täyin kioinen ja energia äilyy, niin elektronin aaa kineettinen energia on,5 kev. Töräykeä äilyy yö liikeäärä p= p' + pe. ' p= px + p ' py = pey ex p p= p'coθ+ pe coα p'inθ= peinα pe = p 'inθ in α p 'inθ p= p'co θ +, tan α p 'inθ jota tan α =. p p'coθ Koka äteilykvantin liikeäärä on E 'inθ c tanα = c ( E E'coθ) E p =, aadaan ` c 53,5 kev in55 = =,73, joten α = 60 4 p 56,0 kev-53,5 kev co55 5. Taapainoehto N g = 0 N = note, ii g = ρ V g N = ρ Vg (rkhiedeen laki) ja v MOL ry 9/0 Fyiikan piteityohjeet kevät 003

10 ρ bg ρ a ( + b) g = 0 v b ρ= ρv ( a + b) Mittaaalla kuviota a = 7 ja b = kg kg kg ρ =,0 = 0,89 0,0 3 3 ± 3 6 d d d +6 Iliö: Muuttuva agneettikenttä ynnyttää ähkökentän. Jo uuttuvaa agneettikentää on johdin (ei. ilukka tai kääi), johtieen induoituu lähdejännite ε i, joka uljetua piiriä aa aikaan induktiovirran. dφ Induktiolaki εi =, Φ on agneettivuo. dt Lenzin laki : ε i :n uunta on energiaperiaatteen ukaieti ellainen, että iitä aiheutuva induktiovirta vatutaa uutota, jonka virta aiheuttaa. Siki induktiolaia on iinuerkki. di Iteinduktio ε i = L dt di Kekinäiinduktio ε i = M dt 3-4 p Sähkön tuottainen: Vaihtovirtageneraattorin toiintaperiaate p Energian iirtäinen: Kekinäiinduktioon perutuvalla uuntajalla on oleellinen erkity (jännitteen noto tuotantopäää ja alentainen kuluttajapäää, energiahäviöt, ähköturvalliuu). p Laitteet: - Induktioiliöllä erkitytä lähe kaikia vaihtovirtalaitteia - Värähtelypiirit - Induktiivinen kytkentä (LC -piireiä, erotuuuntajia) - Pyörrevirtalaitteet (induktiooottorit, induktiojarrut, induktiouunit, etallinilaiiet jne.) - 3 p ax 9 p MOL ry 0/0 Fyiikan piteityohjeet kevät 003