MAOL-Pisteitysohjeet Fysiikka syksy 2012

Transkriptio

1 MOL-Pisteitysohjeet Fysiikka syksy 1 Tyypiisten virheiden aiheuttamia pistemenetyksiä (6 pisteen skaaassa): - pieni askuvirhe -1/3 p - askuvirhe, epämieekäs tuos, vähintään -1 p - vastauksessa yksi merkitsevä numero iikaa - p - karkeampi pyöristysvirhe -1 p - askuissa käytetty pyöristettyjä väituoksia -/3 p - kaavassa virhe, joka ei muuta yksikköä -1 p - kaavavirhe, joka johtaa väärään yksikköön, vähintään - p - ukuarvosijoitukset puuttuvat -1 p - yksiköt puuttuvat ukuarvosijoituksissa -1 p - yksikkövirhe opputuoksessa, vähintään -1 p - täysin kaavaton esitys, yeensä -3 p "Soverin" käyttö ei hyväksyttävää fi Suureyhtäö on ratkaistava kysytyn suureen suhteen, ukuarvot yksikköineen sijoitetaan vasta saatuun ausekkeeseen. Graafiset esitykset - puutteet koordinaatistossa (akseit, symboit, yksiköt, jaotus), vähennys,5 - p - graafinen tasoitus puuttuu -1 p - suoran kumakertoimen määritys yksittäisistä havaintopisteistä (eivät suoraa) -1 p - koko, tarkkuus, yeinen huoimattomuus, vähennys,5-1 p MOL ry 1/11 Fysiikan pisteitysohjeet syksy 1

2 1. a) Väärin. Kirjaan vaikuttaa Maan vetovoima ja pöydän tukivoima. b) Oikein. Jatkavuuden ain mukaisesti avaruusaus jatkaa matkaansa suoraviivaisesti. c) Väärin. Kappaeiden törmätessä moempiin kappaeisiin vaikuttaa yhtä suuret ja vastakkaissuuntaiset voimat voiman ja vastavoiman ain mukaisesti. toteamus oikein + /kohta perusteu oikein + /kohta toteamus väärin p./kohta. Piirretään riittävän suureen tv-koordinaatistoon tauukon pisteet. Havaitaan, että yhtä ukuun ottamatta pisteet asettuvat suorae. Yksi mittaus on epäonnistunut eikä sitä huomioida. kuva 3 p. Määritetään kuvaajasta suoran fysikaainen kumakerroin, joka on paon kiihtyvyys. Δv 3,15m/s -,4 m/s a = = Δt 1,78 s - 1,46 s = 9,719 m / s 9,7 m / s ±, m / s ei mainittu virhepistettä, mutta piirros oikein p. sevästi huono graafinen tasoittaminen ja siksi suuri virhe p. piirretty kuvaaja, mutta arvot otettu tauukosta p. MOL ry /11 Fysiikan pisteitysohjeet syksy 1

3 3. a) Keräinten ottoteho uringon säteiyteho P = I Q cneste m ΔT Nesteen vastaanottama teho P = = t t Hyötysuhde P η = P ( ) 3 3,98 1 J kg C 11 kg C 3, % c m ΔT = = = t I 6 s 9, m 1, 1 W m b) mneste = 11 kg min 6 min = 66 kg mvesi = 75 kg TI mvesi = ρvesi V cvesi = 4,19kJ kg Nesteen antama ämpöenergia Q1 = cneste mneste Δ Tneste Veden vastaanottama ämpöenergia Q = cvesi mvesi ΔTvesi tai Q = η P t= η I t Nesteen antama ämpöenergia siirtyy vedee Q = Q1 cvesi mvesi Δ Tvesi = cneste mneste Δ Tneste cneste mneste ΔTneste 3,98kJ kg C 66 kg (65 56) C Tvesi 7,53... Δ = = = C cvesi mvesi 4,19 kj 75 kg (Jos käytetty veden tiheydeksi pienempää ukuarvoa saadaan suurempi tuos) Vastaus: 8 C (yhden numeron tarkkuudea) tai 7,5 C tai 7,6 C (kahden numeron tarkkuudea) Sijoitukset ja vastaus 4. a) Ääni on väiaineessa etenevää mekaanista aatoiikettä Pitkittäistä aatoiikettä (kaasuissa ja nesteissä) Utraäänen taajuus yi khz tai kuuoauetta suurempi taajuus b) Äänen nopeus imassa ämpötiassa on 343 m/s. Äänen pienin mahdoinen aaonpituus imassa 1,65 μm = 6,5 μm = 6,5 1 m. Taajuus ratkaistaan aatoiikkeen perusyhtäöstä v= fλ. m/s 5,769 MHz 53 MHz, m Äänen nopeus järkevä, mutta ei 343 m/s -1/3 p. c) Utraäänen soveuksia ovat mm. (kaikki oikeat soveukset hyväksytään): Heijastukseen perustuvat kaikuuotaus (äänen heijastuminen kiinteästä kappaeesta) ääketieteeinen kuvantaminen (utraääni heijastuu eritavoin riippuen eimen ominaisuuksista) teoisuudessa hakeamien ja säröjen paikannus (utraääni heijastuu epäjatkuvuuskohdasta) iikkeen mittaaminen Energian siirtoon perustuvat rakenteiden rikkominen ääketieteessä (riittävän suuri energia hajottaa rakenteen esim. hammaskiven) ämpöhoitomenetemä ääketieteessä iuosten sekoittaminen kemianteoisuudessa MOL ry 3/11 Fysiikan pisteitysohjeet syksy 1

4 kemiaisten reaktioiden uominen (poymeeriketjujen katkaiseminen) muovien hitsaus (utraäänen värähtey kuumentaa saumaa ja suaneet osat iitetään oputa yhteen) instrumenttien puhdistus (utraääni synnyttää voimakkaita imu- ja paineimpusseja, jotka irrottavat ian pinnoista) Muut käyttösoveukset eäinten kuuoaueen häirintä (tuhoaisten karkoitus) Kuvaitu kaksi käyttöauetta ja niistä esimerkki 1 p / kohta 5. a) Mekaniikan energiaperiaate: iike-energian muuntuu kitkavoiman tekemäksi työksi ja potentiaaienergiaksi E W = E ka μ p e 1 Vaitaan astaussian aaosa noatasoksi, s on kujettu matka. 1 mv = Fμ s + mgh 1 mv = μn s + mgh 1 mv = μmg cosα s + mg s sin α : m 1 v = sg( μcosα+ sin α) josta matkae m v ( 3, 4 ) s s = = g( μcosα+ sinα m ) 9,81 (,3cos1 + sin1 s ) s,89664 m 9 cm b) Kuvio (voidaan viitata myös a kohdassa oevaan kuvaan ja todeta kitkavoiman suunta yöspäin) Kappae paikoiaan NII: F G+ N+ Fμa MOL ry 4/11 Fysiikan pisteitysohjeet syksy 1

5 Voimat x suunnassa Fμ G x Fμ = G Fμ = mgsin α 1 p m F μ =,5kg 9,81 sin1 = 8,789 N 8,8 N 1p. 6. Yimmässä kohdassa angan jännitysvoima T. s v y G Newtonin II ain Σ F = ma mukaan ympyräradaa iikkuvan kuuan iikeyhtäö on mg = m v = g y v y v G a N T Kohta 1 1 Kuuan mekaaninen energia säiyy mg + mvy = mv, joten kuuan nopeus kohdassa Langan jännitys kohdassa v = g + v = g + g = 3 g. v y 3g Σ F = m, josta T = m = 3 mg. v 3g Kuuan normaaikiihtyvyys a N 3 g. Kuuan tangentiaaikiihtyvyys at = g. T B G a NB v B Kohta B 1 1 Kuuan mekaaninen energia säiyy mg + mvy = mvb, joten nopeus kohdassa B v = 4g + v = 4g + g = 5 g. B B B Langan jännitys kohdassa B v v F m TB G m 5g TB = m + mg = 6 mg. vb 5g Kuuan normaaikiihtyvyys a NB 5 g. Kuuan tangentiaaikiihtyvyys a TB. y MOL ry 5/11 Fysiikan pisteitysohjeet syksy 1

6 7. Diodissa on kaksi osaa. p-aueessa kiderakenteessa on eektronien vajausta ei positiivisia aukkoja. Sitä vastoin n-aueessa rakenteessa on heposti iikkuvia eektroneja. Diodin pn-iitoksessa eektroneja siirtyy jonkin verran rajan yi p-puoen aukkoihin ja rajaa muodostuu ns. tyhjennysaue, jonka p-puoea on eektronien saapumisen takia negatiivinen varaus ja n-puoea on eektronien siirtymisen takia positiivinen varaus. Tyhjennysaueessa ei oe enää vapaita varauksenkujettajia. Muodostuvan sähkökentän vuoksi kaikki vapaat eektronit eivät siirry tyhjennysaueen yi. Kun diodi kytketään estosuuntaan ei pusnapa n-puoee ja miinusnapa p-puoee, pusnapa vetää eektroneja ja miinusnapa aukkoja, jooin tyhjennysaueen sähkökentän voimakkuus kasvaa. Tyhjennysaue evenee, eikä virta kuje diodin äpi. Kun diodi kytketään päästösuuntaan ei tasavirtaähteen miinusnapa n-puoee ja pusnapa p- puoee varauksen kujettajat siirtyvät rajapinnan ähee ja siirtyvät sen yi. Tyhjennysaue kapenee. Kuva B on siten kytkemätön diodi, kuva C on estosuuntaan kytketty diodi. Kuva on päästösuuntaan kytketty diodi. vainnat 3 p. perusteut 3 p. (toimintaperiaate ja kytkentöjen vaikutus) μ μ 8. Magneettivuon tiheys suuren käämin sisää: B = N1 I ei B() t = N1 i() t tai sanaisesti : B on verrannoinen sähkövirtaan i(t) Suuren käämin magneettivuo äpäisee pienen käämin Φ () t = B() t μ = N1 i() t Induktioain mukaan pienessä käämissä indusoituu dφ μ di() t ut () = N = NN 1 ei u(t) on derivaatta ut ( ) = k i ( t) dt d() t 1) i() t on muotoa i () ˆ t = i sin( ωt) ei derivaatta on muotoa ut () = iˆ ( ω) cos( ωt) tai järkevä sanainen seitys u f ) ib () t on aikaväeissä,15,375 s,,65,875 s jne. muotoa it () = a t+ bei derivaatta on vakio ut () = a Samoin aikaväeissä,375,65 s,,875,115 s jne. i () B t on muotoa it () = a t+ bei derivaatta on vakio ut () = ati järkevä sanainen seitys u d 3) ic () t on vakio ei derivaatta on noa, paitsi ajankohdissa, joissa virran suunta äkiisesti muuttuu ue Kohdissa 1 3 /oikea pari / oikea seitys 9. Kaiumin massa m = 1 g ja mooimassa on M = 39,1 g mo m Kaiumin ainemäärä n = M mn 4 Kaiumatomien ukumäärä N = nn = ( 1,848 1 ) M 3 N = 6, 1 1 mo MOL ry 6/11 Fysiikan pisteitysohjeet syksy 1

7 ηmn 4 K -atomien ukumäärä η N = (,165 1 ) M η, p. ktiivisuus n ηmn n,117 1 g 6, 1 = λn = = MT 3713 Bq 3,7 kbq 3 p mo g 9 39,1 mo 1, s ktiivisuuden määritemä Lauseke Vastaus 1. Kirchhoffin akien mukaan voidaan aatia virtapiirie yhtäöryhmä: K I I1+ I = I3 1 K II E1 R1I1 R3I3 R4I1 K II E RI R3I3 R5I E1 R1I1 R3I1 R3I R4I1= E RI R3I1 R3I R5I E1 ( R1+ R3+ R4) I1 R3I E R3I1 ( R+ R3+ R5) I Sijoitetaan arvot * 5V ( 16Ω+ 8Ω+ 5Ω ) I1 15V 8ΩI1 ( 1Ω+ 8Ω+ 4Ω ) I 5V 9Ω I 8Ω I 13 eiminoidaan I 15V 8ΩI1 13Ω I 8 35V 377Ω I1 14Ω I 1V 64Ω I1 14Ω I 5V 313Ω I 5V I1 =, Ω E1 ( R1+ R3+ R4) I1 I = R I 1 3 5V 5V - 9Ω = 313Ω, Ω MOL ry 7/11 Fysiikan pisteitysohjeet syksy 1

8 ja siis I 3 = I 1 + I = 1, ,4 b) Jännitehäviö 4, Ω:n vastuksessa (virta I ) U4 = R4I = 4, Ω, ,319V 3,V c) Lämpöteho 16 Ω:n vastuksessa (virta I 1 ) P = U I = RI = 16 Ω (, ) 6,8633W 6,9W 11. Vaosähköimiöe hf = W + Ekmax, josta Ekmax = hf W Taajuus saadaan aatoiikkeen perusyhtäön c = fλ avua Eektronien suurin iike-energia on pysäytystyön suuruinen c f =. λ E = QU = eu. kmax Uudet arvot on askettu tauukkoon f (Hz) Ekmax (J) 4,97E+14 1,976E- 5,99E+14,588E- 5,71E+14 6,93666E- 5,937E+14 8,45856E- 6,35E+14 1,7654E-19 Sijoitetaan pisteet f,e kmax -koordinaatistoon E kmax / 1 - J 15 1 y = 6,783x - 3, taajuus / 1 14 Hz p. Panckin vakio saadaan suoran fysikaaisena kumakertoimena ΔE kmax 6, Js 6, h Js = = (hyväksytään tuos 6,5 1 Js 7,1 1 Js ) Δf MOL ry 8/11 Fysiikan pisteitysohjeet syksy 1

9 Katodimetain irrotustyö saadaan pystyaksein eikkauspisteestä 3,49 1 J W = 3,49 1 J = =,56 ev, ev 19 J 1,6 1 ev (hyväksytään tuos 1,9 ev-,1 ev) Tauukon mukaan cesiumin irrotustyö on 1,94 ev. Metai on imeisesti out cesium. 1 a) Mai näkee maaarin simät perustuen vaon käänteiseen kukuun. Mai näkee maaarin kasvot ja aajemmin ympäristöä kuin maaari, koska mai on ähempänä peiiä kuin maaari. b) Tarkasteaan vaon heijastumista asien pinnoista. Voimakkaat heijastukset tapahtuvat, kun vao kukee imasta asiin. Laseja on nejä kappaetta. (Heikommat heijastukset tapahtuvat, kun vao kukee asista imaan.) c) kuvio tai sekeä sanainen perusteu Vaon säteet yhdensuuntaiset, koska kuva on otettu kaukaa. Kynttiä on kohdassa. Katsoja näkee kynttiän ja 1. heijastuksen etäisyyden C ja muiden heijastusten etäisyydet C, C ja C C B D B C D = toisaata =, joten = C' B' D' B' C' D' Okoot C ja C etäisyydet piirroksessa. C ' Kynttiän ja toisen asin väimatka D' = D. C Vastaavasti uoimmie aseie: p. C '' Kynttiän ja komannen asin väimatka D'' = D. C C ''' Kynttiän ja nejännen asin väimatka D''' = D. C MOL ry 9/11 Fysiikan pisteitysohjeet syksy 1

10 Lasien väimatkat 1. ja. asi D' D. ja 3. asi D'' D' 3. ja 4. asi D''' D'' Vaekuvan kuvasta mitattuna kynttiän ja asin asien väimatka muodostava väimatka 1. etupinta C = 37,5 mm D = 1 cm. etupinta C = 4 mm D = 1,8 cm 1,8 cm 1 cm,8 cm* 1) 3. etupinta C = 4,5 mm D = 13,6 cm 13,6 cm 1,8 cm,8 cm* 1) Takimmainen C = 61 mm D = 19,5 cm 19,5 cm 13,6 cm = 5,9 cm* ) asi, etupinta * 1 ) Hyväksytään,6 cm,9 cm * ) Hyväksytään 5,7 cm 6,1 cm Etäisyyksien mittaus kuviosta Sijoitukset ja vastaukset 13. a) Fysikaaisia ja kemiaisia tärkeitä ominaisuuksia ovat mm.: Vesi on hyvä iuotin. Vesi on keskeinen ravinnonhankinnan ja aineenvaihdunnan kannata. o veden ph-neutraaisuus o veden poaarisuus Vedeä on suuri ominaisämpökapasiteetti. Tasaa ämpötiavaihteuita. Veden oomuodon muutokset tapahtuvat eämää suosivaa tavaa o veden kiertokuku uonnossa, sää Suuri pintajännitys ja kapiaari-imiö o mm. kasvien veden saanti Veden tiheys suurimmiaan, kun ämpötia on +4. o Vesistöt jäätyvät pinnata, pintajäät suojaavat kymyyttä vastaan o Vesistöissä kevät ja syyskierto Vaaditaan seitys ja perusteut komeen kohtaan (muitakin keskeisiä seityksiä voidaan hyväksyä). 1 piste / kohta. Max 3 p. b) Voimaaitokset rakennetaan vesistöjen äheisyyteen. Vesivoimaa Virtaavan veden potentiaaienergiaa muunnetaan hyvää hyötysuhteea turbiinin iikeenergiaksi ja edeeen generaattorissa sähköenergiaksi. (Virtaavasta vedestä saadaan käyttöön suuri massavirta.) Veden kiertokuku uonnossa pitää yä virtausta. Jatkuvan kiertoprosessin seurauksena virtaavaa vettä on koko ajan käytössä. Vesi on käyttökepoinen aine voimaoiden energiantuotannossa ja sen käyttöä on heppo säädeä. o Fysikaaiset ominaisuudet: ominaisämpökapasiteetti, ominaishöyrystymis- ja ominaissuamisämpö. /kohta, max p. MOL ry 1/11 Fysiikan pisteitysohjeet syksy 1

11 Lauhdevoimaa Pottoaineen avua vettä höyrystetään turbiinin pyörittämiseksi. o Vettä voidaan höyrystää heposti aikaansaatavassa ämpötiassa, vedeä sopiva kiehumispiste. Vesi voidaan tiivistää heposti takaisin nesteeksi. o Vesihöyryyn sitoutuu pajon ämpöä Vedeä auhdutetaan höyryä. o Vedeä on suuri ominaisämpökapasiteetti, joten vesi sopii jäähdyttämiseen. /kohta, max p. Ydinvoimaa Vettä käytetään turbiinin pyörittämiseen kuten auhdevoimaoissa. Vettä käytetään vesihöyryn ja ydinpottoainesauvojen jäähdyttämiseen. o Suuri ominaisämpökapasiteetti Vesi toimii fissiossa syntyneiden neutronien hidastinaineena, joa säädeään tapahtuvien reaktioiden määrää. /kohta, max p. MOL ry 11/11 Fysiikan pisteitysohjeet syksy 1