MAOL-Pisteitysohjeet Fysiikka kevät 2002

Transkriptio

1 MAOL-Piteityhjeet Fyiikka kevät 00 Tyypilliten virheiden aiheuttaia piteenetykiä (6 piteen kaalaa): - pieni lakuvirhe -/3 p - lakuvirhe, epäielekä tul, vähintään - - vataukea yki erkitevä nuer liikaa -0 p - karkeapi pyörityvirhe - - lakuia käytetty pyöritettyjä välitulkia -/3 p - kaavaa virhe, jka ei uuta dienita - - kaavavirhe, jka jhtaa väärään dienin, vähintään - p - lukuarvijituket puuttuvat - - ykiköt puuttuvat lukuarvijitukia - - ykikkövirhe lpputulkea, vähintään - - täyin kaavatn eity, yleenä -3 p "Slverin" käyttö ei hyväkyttävää Suureyhtälö n ratkaitava kyytyn uureen uhteen, lukuarvt ykikköineen ijitetaan vata aatuun lauekkeeeen. Graafiet eityket - puutteet krdinaatita (akelit, yblit, ykiköt, jatu), vähenny 0,5 - p - graafinen taitu puuttuu - - uran kulakertien äärity ykittäiitä havaintpiteitä (eivät uralla) - - kk, tarkkuu, yleinen huliattuu, vähenny 0,5 - /

2 . p b) Aluki kiihtyvyy vaki kuvaaja ura, npeuden kavaea ilanvatu kavaa ja kiihtyvyy pienenee ja kuvaaja uuttuu liveaki p c) a k v 6, 0,9 = = = 8, t 0,5 V: a k = 8, 0, ± p J vitettu ura ja käitetty taaieti kiihtyväki liikkeeki ax. 4 p g. a) = at [] = = ei ahdllinen b) t = [] t = = n ahdllinen a γ gm N gkg N kg c) g = [ g] = = = = ei ahdllinen R kg g kg kg P= µ g P = kg g g = N = J ei ahdllinen UA Vg ρ = ρ = =Ω n ahdllinen Il Ag d) [ ] e) [ ] A V N = g = g g = = N n ahdllinen V f) F ε E A [ F] /

3 Ykiköiden ijittainen Lpullien ykikön lakeinen Päätelä: ahd./ei ahd. J ykikkötarkatelut puuttuvat, ikea uureyhtälö ja ikea päätelä 3 p / khta 3 p / khta 3 p / khta 3 p / khta 3. = 3 k v0 = 78 =, 67 h k v = 3 = 8,89 h Kitkavia Fµ = µ N = µ g Työperiaatteen ukaan v0 v = Fµ g v0 v = µ g,67 8,89 v 0 v µ = = g g 9,8 g 3 = 0,64 J pyörät eivät lukkiudu, jarrutukea pytytään hyödyntäään akiaalita lepkitkaa jarrutuatka lyhenee TOINEN TAPA dynaiikan perulain peruteella Viakuvi Hidatuvuuden lakeinen Dynaiikan perulain ukaiet yhtälöt Kitkakertien lakeinen Oikea päätelä p 3/

4 4. = 985 kg P = 45 kw v = / a =,5 / v = 6 a = 0 P = Fv F = P/v F = a tai N II F F = v a P v F a v = F P 45 0 J 68N =,6 kn v = k v (liikevatuvia uraan verrannllinen npeuden neliöön) 3 v = a = 985kg,5 = F v F 68N Fv = gv = g N = v P Kka kiihtyvyy n 0 Fv 0 v = P = Fv gv = 3445 N g6 55 kw 5. Ultraääni n ekaanita pitkittäitä aaltliikettä, jnka taajuu (0 khz MHz) n ihien kuulalueen yläpulella. - Etenee kaauia ja neteiä paineaaltina Ultraäänilähteet: - pyörivät reikälevyt, pillit - ähk. värähtelypiirit, pietähkökide Oinaiuudet: - aaltliikkeen inaiuudet, kuten heijatuinen, taittuinen, interfereni Svelluket - kaikulutau (veden yvyy, kalaparvet) - rakennevikjen tutkiinen - pakuuittauket - rakenteiden tutkiinen - läpivalaiu (krvaa röntgenin) - deinfiinti - haakiven pit - etallipintjen puhditainen Heijatuinen, aikaittau Heijatuinen, taittuinen kuvan udtuinen Värähtelyenergian tehka iirtyinen aineen iään 4/

5 - kliiniet tutkiuket ja hidt, kuten läpöhidt Svellutuket yhteenä Ultraäänen energian abrbituinen ei. nivelien. ax 3 p 6. a) Oikein Npeuvektri n ratakäyrän tangentin uuntainen tai peruteltu kuvilla b) Väärin Npeuden uunnan uutkeen liittyy kiihtyvyy c) Väärin Taaieti kiihtyvää ypyräliikkeeä v kavaa a n kavaa d) Oikein v Tangentiaalikiihtyvyy at = vi lla uurepi kuin nraalikiihtyvyy t v an =, näin erityieti npeuden llea pieni r e) Väärin Kknaivia n aan uuntainen kuin kknaikiihtyvyy f) Oikein Viakkaati hidatuvaa liikkeeä juuri ennen pyähtyitä a n << a (kuva) t Oikeat vatauket ilan peruteluja ax 5/

6 7. Taapaintilanteea F = 0 taapaineht / p Fx = F Tx = 0 Tx = F = QE taapainehdta ja Fy = Ty g = 0 Ty = g euraavat lauekkeet p Tx QE Nyt tanα = = T g y g tanα σ jta E = = Q ε0 ε0 g tanα ja varaukate σ = Q C 8,85 g0 g 0, 0008 kg g 9,8 g tan 33 = N 9 0,85 g0 C 5 C µ C =,9 g0 E:n ja T:n lakeinen ja nueerinen ijittainen 3 p 8. Pyörrevirrat vat yhtenäieen jhdekappaleeeen yntyviä induktivirtja, jtka aiheutuvat agneettivun uutketa kappaleea. Pyörrevirtjen uunta ii nudattaa Lenzin lakia, jten niiden vaikutuket pyrkivät kuaaan uutken, jka ne aiheuttavat. Svellutukita vidaan käitellä ei. euraavia. Induktijarru Induktikytkin (npeuittarit) Induktittrit kwh -ittarit (ekä nr. että jarru) Läpövaikutuket - tehhäviöt, vähentäinen - induktiuunit (uurtaajuu (~khz) agneettikenttä, virrat ulatettavaan aineeeen) - induktiliedet Metallinilaiiet Svellutukita n ilettävä iten pyörrevirtja käytetään p 4 p 6/

7 9. Lunt: Radn ngela - Mittauket ja euranta - Tienpiteet ei. iäilanvaiht Kinen äteily (ei. lentkneea) p Tekniikka ja lääketiede - riittävä etäiyy ei. gaalähteitä ja ahdlliian lyhyt altituiaika - äteilylajin edellyttäien ujuten käyttö: ei α -lähteitä ravintn eikä hengityilaan β: Muvi-/etalliujuket pyäyttävät γ: lyijyujuket pyäyttävät neutrnit: keveät aineket / pakut kerrket, neutrnin pyähtyvät keveiiin lekyyleihin - valvnta äteilyittareilla, dietrit - kntainaatin välttäinen 4 p 0. Olkn juen alkuvenyä ja kknpuritua kappaleen uuttaea uuntaana x. Energiaperiaatteen ukaan kpl:n liukuea ääriaennta tieen kappaleen ekaaninen energia pienenee kitka vian tekeän työn verran. Kuvin peruteella kitkavia n Fµ = µ N = µ g, jten aadaan k kx = µ g ( + x) k( + x)( x) = µ g( + x) g0,4g0,30 kgg9,8 µ g x= = 0,0 = 0,038 k N 40 p kappaleen liukua atka n + x= 0,38 0,4 p 7/

8 . a) v0y = v0inα0 Lakipiteeä v 0 y = 0 v0inα0 gt = 0 v0inα0 t = (nuuaika) g p v in α v y = v0inα0 g t gt = g v y = in 0 0 g α in g3,8 g9,8 yg g v 0 = = inα0 in 50 v = 0, 7 g α b) t = 60 = v t. a) V = A= v t π r =, 7 g60 gπ g 4,0 g0 3 tilavuu ( ) 3 3 = 0,03399 = 34 d = 34 l V: 34 litraa p J velletaan energiaperiaatetta npeuden y-kpnentin lakeieki, niin uritu n peruteltava. α = 5,5, n =,00, n =,33, n3 =,6 inα n Taitekula α aadaan taittuilaita inα = n 8/

9 n, 00 inα = inα = in 5,5 = 0,5965 α = 36,6 n, 33 Kuvin peruteella tulkula β = α + θ Tehtävän plariaatiehdn peruteella β aadaan Brewterin lain ukaieta yhtälötä n3, 6 tan β = = =, 05 β = 50, 4 n, 33 Täten θ = β α = 50, 4 36,6 = 3,8 3 p b) Val näkyy pinnan yläpulella, j tulkula γ n pienepi kuin kknaiheijatuken rajakula α r vei-ila rajapinnaa. n, 00 inα r = = = 0,759 α r = 48,75 n, 33 Kuvin peruteella γ :n kpleenttikula n 80 53,4 g 50,4 = 5,8, jten γ = 64,. Kka γ > α tapahtuu kknaiheijatuinen ja vala ei nähdä pinnan yläpulella p r 3. a) Syteein tekeä työ dw = pdv W = pdv J tilavuu kavaa, W < 0 eli yteei tekee työtä, j taa tilavuu pienenee, W > 0 eli yteeiin tehdään työtä. : V < 0 ja W > 0, jten ypäritö tekee työtä kaauyteeiin 3: V = 0, jten W = 0 3 : V > 0 ja W < 0, jten kaauyteei tekee työtä ypäritöön 3 p V b) : T = g T < T V Q = cp( T T) < 0 Läpöä pituu kaauta 3: p3 T3 = T > T p Q = cv ( T3 T) > 0 Läpöä iirtyy kaauun 3 : U = Q3 + W U = 0, kka T = 0, Q3 = W > 0 Läpöä iirtyy kaauun. Myö khdat ja 3 vidaan perutella läpöpin pääääntöjen peruteella 3 p 9/

10 4. R = 4,0 kω R = 5 Ω L U 40 V Kun K n uljettu (taavirtatapau) I L = = 30 A R V L 5 A Kytkin K avataan Kääiin virta I alkaa pienentyä jllin kääiin induituu lähdejännite ε i. Lenzin lain ukaieti tää jännite pyrkii etäään virran pieneneitä. ε i :in napaiuu kuvan ukainen. p Heti avaaien jälkeen R:n läpi kulkea virta I 0 n uurin piirtein 30 A I0 = 30 A V p εi0 = R I0 = 4000 g 0,3 A= 80 V,3 kv A (Tarkatelua n letettu vatu R induktittaki) Vatau:,3 kv, kuvan ittaa napaiuu 5. Kyeeä n valähköiliö, ja valkvantin energia riittää irrttaaan etallita elektrnin ja antaaan ille liike-energian, jka ähkökentän vatajännitteen avulla aadaan nllattua valkennn virta lakkaa. Sähkökentän elektrnin tekeä työ n yhtä uuri kuin elektrnin uurin liike-energia Ek ax = eu Tiaalta energiaperiaatteen ukaan c Ek ax = hf W0, f = ja W0 = irritutyö λ Täten aadaan eu = hf W, 0 jta nähdään, että Planckin vaki h aadaan piirtäällä kuvaaja eu = eu ( f ) Tehtävän arvt uutetaan euraavaan utn 4 f / 0 7,7 7,03 6,7 6,37 6,0 5,49 eu / ev 0,90 0,66 0,50 0,33 0,5 0,0 0/

11 Piirretään kuvaaja (ura) (, ) f U e -krdinaatitn 0 p Svitetun uran fyikaalinen kulakerrin n Planckin vaki ( eu ) 0, 75eV 5 h = = = 4,7 g0 ev f 4, 8 g0 5 ( 4, 0 4,3) g 0 ev hyväkytään 4 Kynnytaajuu aadaan uran ja f-akelin leikkaupiteetä: f0 5,5 g 0 Hz ( ) 4 5, 4 5, 6 g 0 Hz hyväkytään 6. Lyhytaaltien ähköagneettien äteilyn ( λ < 700 n ) havaiteinen ja aallnpituuden (energian) ittaainen. Vatau vidaan ryhitellä eierkiki euraavati: Säteilyn havaiteinen Aallnpituuden ittaainen Näkyvä val - ilä - hila - fili - pria - valkenn - valdidi, valvatu, y. UV-val - flureiva aine, fili - hila - valkenn - kvartipria - valdidi, y. - valnitinputki Röntgenäteily - flureiva aine, fili - hila, kidehila (aallnpituu) - geigerilaiin - pulijhdeilaiin - pulijhdeilaiin (energia) /

12 Gaaäteily - fili - geigerilaiin - tuikeilaiin - tuikeilaiin (energian ittaainen) - pulijhdeilaiin - pulijhdeilaiin Säteilylajit ainittu Säteilyn havaiteinen 0-4 p Aallnpituuden ittaainen 0-6 p Makii 9 p /