Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe 28.5.2014, malliratkaisut



Samankaltaiset tiedostot
Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

a) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3.

OPTIIKAN TYÖ. Fysiikka 1-2:n/Fysiikan peruskurssien harjoitustyöt (mukautettu lukion oppimäärään) Nimi: Päivämäärä: Assistentti:

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

VALON DIFFRAKTIO YHDESSÄ JA KAHDESSA RAOSSA

Kuten aaltoliikkeen heijastuminen, niin myös taittuminen voidaan selittää Huygensin periaatteen avulla.

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2013 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

Valosähköinen ilmiö. Kirkas valkoinen valo. Himmeä valkoinen valo. Kirkas uv-valo. Himmeä uv-valo

SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2009, insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Diplomi-insino o rien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2015 Insino o rivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Kuva 1. Fotodiodi (vasemmalla) ja tässä työssä käytetty mittauskytkentä (oikealla).

Työ 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina

Braggin ehdon mukaan hilatasojen etäisyys (111)-tasoille on

Diffraktio. Luku 36. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun

Kvanttifysiikan perusteet 2017

ClassPad 330 plus ylioppilaskirjoituksissa apuna

2. Pystyasennossa olevaa jousta kuormitettiin erimassaisilla kappaleilla (kuva), jolloin saatiin taulukon mukaiset tulokset.

Asiaa käsitteleviä artikkeleita on koottu kansioon, jonka saa lainaan oppilaslaboratorion kopista. s ja kontaktipotentiaalierosta K.

Aaltoliike ajan suhteen:

YHDEN RAON DIFFRAKTIO. Laskuharjoitustehtävä harjoituksessa 11.

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNIIKKA FYSIIKAN LABORATORIO V

ClassPad 330 plus ylioppilaskirjoituksissa apuna

FYSA2031/K2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!!

YOUNGIN KOE. varmistaa, että tuottaa vaihe-eron

Sovelletun fysiikan pääsykoe

Polarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

Fysiikka 8. Aine ja säteily

HILA JA PRISMA. 1. Työn tavoitteet. 2. Työn teoriaa

Valon luonne ja eteneminen. Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen

12.3 KAHDEN RAON DIFFRAKTIO. Yhden kapean raon aiheuttama amplitudi tarkastelupisteeseen P laskettiin integraalilla E = ò,

HARMONISEN VÄRÄHTELIJÄN JAKSONAIKA JA HEILURIEN HEILAHDUSAJAT - johtaminen 1) VAIMENEMATON HARMONINEN VÄRÄHDYSLIIKE

FY6 - Soveltavat tehtävät

Kertaustehtävien ratkaisuja

Fysiikan valintakoe klo 9-12

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1/7 TIETOTEKNIIKKA / SALO FYSIIKAN LABORATORIO V

1 Tieteellinen esitystapa, yksiköt ja dimensiot


24AB. Lasertutkimus ja spektrianalyysi

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2010 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

on radan suuntaiseen komponentti eli tangenttikomponentti ja on radan kaarevuuskeskipisteeseen osoittavaan komponentti. (ks. kuva 1).

Työn tavoitteita. 1 Johdanto

Interferenssi. Luku 35. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

Luvun 5 laskuesimerkit

3 TOISEN ASTEEN POLYNOMIFUNKTIO

1 Tieteellinen esitystapa, yksiköt ja dimensiot

25 INTERFEROMETRI 25.1 Johdanto

HARJOITUS 4 1. (E 5.29):

Valon havaitseminen. Näkövirheet ja silmän sairaudet. Silmä Näkö ja optiikka. Taittuminen. Valo. Heijastuminen

MEKANIIKAN TEHTÄVIÄ. Nostotyön suuruus ei riipu a) nopeudesta, jolla kappale nostetaan b) nostokorkeudesta c) nostettavan kappaleen massasta

ROMUMETALLIA OSTAMASSA (OSA 1)

3. Optiikka. 1. Geometrinen optiikka. 2. Aalto-optiikka. 3. Stokesin parametrit. 4. Perussuureita. 5. Kuvausvirheet. 6. Optiikan suunnittelu

1 Johdanto (1) missä 0 on. interferenssi. mittauksen tarkkuudeksi Δ

(µ 2 sg 2 a 2 t )r2. t = a t

35. Kahden aallon interferenssi

VALON KÄYTTÄYTYMINEN RAJAPINNOILLA

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

Tähtitieteessä SI-yksiköissä ilmaistut luvut ovat usein hyvin isoja ja epähavainnollisia. Esimerkiksi

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

TKK, TTY, LTY, OY, ÅA, TY ja VY insinööriosastojen valintakuulustelujen fysiikan koe , malliratkaisut ja arvostelu.

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

Mekaaninen energia. Energian säilymislaki Työ, teho, hyötysuhde Mekaaninen energia Sisäenergia Lämpö = siirtyvää energiaa. Suppea energian määritelmä:

Luku 7 Työ ja energia. Muuttuvan voiman tekemä työ Liike-energia

VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

Opetusmateriaali. Tutkimustehtävien tekeminen

Fysiikan laboratoriotyöt 2, osa 2 ATOMIN SPEKTRI

Havaitsevan tähtitieteen pk I, 2012

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

Työ 5: Putoamiskiihtyvyys

Mb8 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) sivu 1/3

2. Fotonit, elektronit ja atomit

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

Fysiikan kotityöt. Fy 3.2 ( ) Heikki Juva, Aarne Niittyluoto, Heidi Kiiveri, Irina Pitkänen, (Risto Uusitalo)

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

Luvun 5 laskuesimerkit

RATKAISUT: 16. Peilit ja linssit

ja siis myös n= nk ( ). Tällöin dk l l

Muunnokset ja mittayksiköt

Kuva 1. Kaaviokuva mittausjärjestelystä. Laserista L tuleva valonsäde kulkee rakojärjestelmän R läpi ja muodostaa diffraktiokuvion varjostimelle V.

B sivu 1(6) AMMATTIKORKEAKOULUJEN TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN VALINTAKOE

FYSIIKAN PRELIMINÄÄRI 2013

Fysiikan valintakoe Helsingin yliopistossa v. 1985

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Harjoitustyö Hidastuva liike Biljardisimulaatio

2.3 Voiman jakaminen komponentteihin

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

Transkriptio:

A1 Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 014 Insinöörivalinnan fysiikan koe 8.5.014, malliratkaisut Kalle ja Anne tekivät fysikaalisia kokeita liukkaalla vaakasuoralla jäällä. Anne veti vakiovoimalla vaakasuoraan laatikkoa, johon oli lastattu tiiliskiviä. Kalle mittasi laatikon kiihtyvyyden. Kun laatikossa oli kaksi tiiliskiveä, kiihtyvyys oli a 1 = 1,30 m/s ja kun laatikossa oli viisi tiiliskiveä, kiihtyvyys oli a = 1,05 m/s. Molemmissa tapauksissa Anne veti laatikkoa yhtä suurella voimalla. Kuinka suuri oli laatikon massa ja Annen käyttämä voima, kun yhden tiiliskiven massa oli,3 kg? a 1 a m m/s ) m/s ) kg) A 1,30 1,05,3 B 1,5 1,05,13 C 1,0 1,05,07 D 1,35 1,05,1 Newtonin toisen lain mukaan Fi = m a i Kalle mittasi laatikon kiihtyvyyden kahdessa tapauksessa, kun sen massa oli m 1 = M + m 0 ja m = M + 5m 0, missä M on laatikon massa ja m 0 yhden tiiliskiven massa. Mittaustulosten avulla voidaan muodostaa yhtälöpari { F = m 1 a 1 = M + m 0 )a 1 F = m a = M + 5m 0 )a Yhtälöparista voidaan ratkaista laatikon massa N M = 5a a { }} { 1 m a 1 0 3,6 kg a G Kuva. F ja Annen laatikkoa vetäessään käyttämä voima M kg) A 3,6 B 9,3 C 39,3 D 18,8 F N) A 36,5 B 41,9 C 5, D 31,3 F = ) 5a a 1 m a 1 0 + m 0 a a 1 = 3a { }} { m a 1 0 a a 1 36,5 N c) DIA-valinta - c/o Aalto-yliopisto, opintotoimisto

A Kesämökin seinällä on heilurikello. Kello käy oikein, kun huoneen lämpötila on +18,0 C. Kello käynnistetään 1. tammikuuta klo 1.00. Kuinka suuri on oikean ajan ja kellon ajan erotus vuorokauden kuluttua,. tammikuuta, kun heilurikello näyttää tasan klo 1.00? Kesämökin lämpötila pysyy koko ajan vakioarvossa 14,0 C. Kellon heiluri on messinkiä ja sitä voidaan pitää matemaattisena heilurina. T 0 T 1 C) C) A +18,0 14,0 B +18,0 1,0 C +18,0 17,0 D +18,0 1,0 Oikean ajan ja kellon näyttämän ajan erotus on siis t = t t = t 1 t ) ) 1 = t 1 1 T) 9,0 s t 0 t s) A 9,0 B 7, C 31,8 D 35,4 Kellon käydessä oikein yhden heilahduksen jaksonaika on t 0 = π l 0 g missä l 0 on kellon heilurin varren pituus. Lämpötilan laskiessa heilurin varsi lyhenee pituuteen l 1 = l 0 1 T) missä lämpötilaero T = T 0 T 1. Matalammassa lämpötilassa heilurin jaksonaika on l t 1 = π 1 g = π l 0 1 T) g Vuorokauden pituus on t = 86400 s ja kellon heiluri heilahtaa N 0 = t t 0 kertaa, kun kellon mittauksen mukaan on kulunut yksi vuorokausi. Koska heilurin jaksonaika on t 1, on aikaa kulunut eli kello on edistänyt. t = N 0 t 1 = t t 1 t 0 < t

A3 Valkoinen valo osuu oheisen kuvan mukaisesti dispersiivisesta lasista tehtyyn prismaan, jonka taittava kulma on = 40,0. Lasin taitekerroin riippuu valon aallonpituudesta siten, että violetin valon taitekerroin on n 1 = 1,535 ja punaisen valon taitekerroin on n = 1,5. a) Määritä violetin ja punaisen säteen taittumiskulmat lasi ilma-rajapinnassa. b) Kuinka suuri prisman taittavan kulman on vähintään oltava, jotta jompi kumpi a- kohdan säteistä kokonaisheijastuu lasi ilmarajapinnassa? n 1 n ) ) A, B, C, D 40,0 1,535 1,5 a) Kuvan mukaan valonsäteen tulokulma lasi ilma-rajapintaan on yhtäsuuri kuin prisman taittava kulma. Taittumislain tai Snellin lain ++) mukaan Tehtävän 3 kuva. a-kohta: β 1 A, B, C, D 80,6 β A, B, C, D 78,0 b-kohta: β 1 A, B, C, D 40,7 n ilma sin β i = n i sin missä n i on lasin taitekerroin ja β i valon taittumiskulma. Koska ilman taitekerroin n ilma 1,0, saadaan taittumiskulmaksi β i = arcsin n i sin ) β i Violetin valon tapauksessa β 1 80,6 +) Kuva säteiden kulusta a-kohdassa. ++) ja punaisen β 78,0 +) b) Valonsäteen kokonaisheijastuksen rajakulma saadaan ehdosta eli n i sin = n ilma sin 90 = 1 +) ) 1 = arcsin n i Koska n 1 > n, niin pienempi rajakulma on violetin valon tapauksessa, jolloin 40,7 Kuva säteiden kulusta b-kohdassa. ++)

A4 Laboratoriokokeessa tutkittiin valosähköistä ilmiötä valaisemalla valokennon metallielektrodin pintaa valolla, jolloin kennossa kulki sähkövirta. Valokennon elektrodien välille oli kytketty jännite, jota säätämällä virran kulku elektrodien välillä voitiin pysäyttää. Kokeen tuloksena saatiin oheisen taulukon mukaiset pysäytysjännitteet eri aallonpituuksille. Aallonpituus nm) 410 430 450 470 490 Pysäytysjännite V) 0,77 0,63 0,50 0,38 0,9 Määritä, mistä metallista elektrodi oli tehty. Käytä sopivaa graafista esitystä. Einsteinin mukaan valokvantin energian ja metallista irronneiden elektronien suurimman liike-energian välillä on yhteys E max k = h f W 0. Metalli Al Ca Cu K Pt W 0 ev) 4,3 3,0 4,7,3 6,3 Valon aallonpituuden ja taajuuden välinen yhteys on f = c ++) missä c on valon nopeus. Toisaalta elektronin suurin liike-energia on yhtä suuri kuin pysäytysjännitettä vastaan tehty työ eli E max k = eu ++) Näin saadaan havaintopisteistä taulukko Sovittamalla taulukon arvoihin oheisen kuvan mukaisesti Einsteinin mallin mukainen suora, voidaan elektrodin materiaalin työfunktio määrittää ekstrapoloimalla suoraa pitkin arvoon f = 0. Näin saadaan elektrodin metallin työfunktioksi W 0 =, ev eli elektrodi oli tehty kaliumista. ++) Kuva p) f 10 14 Hz) 7,31 6,97 6,66 6,38 6,1 Ek max ev) 0,77 0,63 0,50 0,38 0,9

A5 Sininen laservalo osuu kohtisuoraan tasoon, jossa on rako. Raon leveys on 13,6 µm. Kaukana tason takana olevalle varjostimelle syntyy diffraktiokuvio, jossa kolmannen kertaluvun diffraktiominimi havaitaan kulmassa 6,00. a) Kuinka suuri on laservalon aallonpituus? b) Kuinka suuri on ensimmäisen ja toisen sivumaksimin intensiteettien suhde? a n θ µm) -) A 13,6 3 6,00 B 13,6 3 5,40 C 13,6 3 5,80 D 13,6 3 5,60 a) Teoriaosan kaavan 1) mukaan intensiteettiminimeille pätee ehto a sin θ = n missä n on minimin kertaluku. Nyt n = 3 ja laservalon aallonpituus on siis { }} { = a sin θ n { }} { 4,74 10 7 m = 474 nm a-kohta: m) A 4,74 10 7 B 4,7 10 7 C 4,58 10 7 D 4,4 10 7 b) Sivumaksimien suunnat saadaan ehdosta a sin θ = ± m + 1 ) ++) Raon reunoilta tulevien alkeisaaltojen vaihe-erot ovat kaavan ) mukaisesti ja φ 1 = πa sin θ 1 = 3π 9,45 rad +) φ = πa sin θ = 5π 15,71 rad +) Intensiteettien suhde saadaan vaihe-erojen avulla kaavasta 5) I 1 I = b-kohta: I 1 /I -) A, B, C, D,78 ++) { }} { [ ) φ1 ] sin φ 1 / [ sin φ ) φ / ] = φ sin φ1 ) φ 1 sin φ ) +) = 59 {}}{,78 Ensimmäinen sivumaksimi saadaan, kun m = 1 +) : ) 3 θ 1 = arcsin,996 a ja toinen, kun m = +) : ) 5 θ = arcsin 4,997 a

A6 Tehtävän 5 tilannetta muutetaan siten, että laservalon tulokulma tason normaalin suhteen on oheisen kuvan mukaisesti. Ensimmäisen kertaluvun diffraktiominimi n = +1) havaitaan tällöin varjostimella suunnassa θ 1 = 11,0. a) Yhtälö 1) määrittää ehdon diffraktiominimille, kun valo osuu rakoon tason nähden kohtisuorasti eli kun = 0. Kirjoita vastaava ehto, kun valon tulokulma = 0. p) b) Kuinka suuri on kulma? c) Missä kulmissa θ havaitaan nyt toisen kertaluvun diffraktiominimit? 3p) θ 1 nm) A 11,0 474 B 10,0 47 C 7,00 458 D 8,00 44 a) Säteiden välinen matkaero koostuu nyt kahdesta osasta, matkaerosta ennen varjostinta ja sen jälkeen. Matkaero ennen varjostinta on r 1 = a sin ++) ja varjostimen jälkeen a sin Kuva säteiden kulusta a-kohdassa. r = a sin θ ++) Diffraktiominimi syntyy, kun kokonaismatkaero r = r 1 + r on aallonpituuden monikerta: a sin θ a sin + a sin θ = n ++), missä n = ±1, ±, ±3,... b) Kun n = +1 ja θ = θ 1 kulmaksi saadaan = arcsin sin θ 1 ) 8,97 a θ c) Kun säteiden tulokulma on selvillä, voidaan toisen kertaluvun diffraktiominimit ratkaista yltä asettamalla n = + ja n = θ ± = arcsin sin + ± ) { 13,0, kun n = a 4,95, kun n = θ θ - Kuva säteiden kulusta c-kohdassa. n = n = - Kuten kuvasta näkyy, toisen kertaluvun minimit eivät siis sijaitse symmetrisesti katkoviivan suhteen. 1 p) c-kohta: θ A 13,0 B 11,8 C 8,95 D 9,89 θ A 4,95 B 4,56 C 1,19 D,38 b-kohta: A 8,97 B 8,18 C 5,06 D 6,1