AVOIMEN SARJAN VASTAUKSET JA PISTEITYS



Samankaltaiset tiedostot
LUKION FYSIIKKAKILPAILU PERUSSARJA

a) Kun skootterilla kiihdytetään ylämäessä, kitka on merkityksettömän pieni.

PERUSSARJA. a) Kun skootterilla kiihdytetään ylämäessä, kitka on merkityksettömän pieni.

Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

5-2. a) Valitaan suunta alas positiiviseksi. 55 N / 6,5 N 8,7 m/s = =

v = Δs 12,5 km 5,0 km Δt 1,0 h 0,2 h 0,8 h = 9,375 km h 9 km h kaava 1p, matkanmuutos 1p, ajanmuutos 1p, sijoitus 1p, vastaus ja tarkkuus 1p

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Mitataan yleismittarilla langan resistanssi, metrimitalla pituus, mikrometrillä langan halkaisija. 1p

RATKAISUT: 16. Peilit ja linssit

Luvun 5 laskuesimerkit

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

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

Perusopintojen Laboratoriotöiden Työselostus 1

Kertaustehtävien ratkaisut

Oikeat vastaukset: Tehtävän tarkkuus on kolme numeroa. Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

Ohjeita fysiikan ylioppilaskirjoituksiin

Voiman momentti M. Liikemäärä, momentti, painopiste. Momentin määritelmä. Laajennettu tasapainon käsite. Osa 4

Luvun 5 laskuesimerkit

Luvun 12 laskuesimerkit

RATKAISUT: 19. Magneettikenttä

Aineopintojen laboratoriotyöt 1. Veden ominaislämpökapasiteetti

3 TOISEN ASTEEN POLYNOMIFUNKTIO

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Oikeasta vastauksesta (1p): Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

Differentiaali- ja integraalilaskenta

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

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

OSA 1: YHTÄLÖNRATKAISUN KERTAUSTA JA TÄYDENNYSTÄ SEKÄ FUNKTIO

g-kentät ja voimat Haarto & Karhunen

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

Sovelletun fysiikan pääsykoe

HALLIN ILMIÖ 1. TUTKITTAVAN ILMIÖN TEORIAA

Mittaustuloksen esittäminen Virhetarkastelua. Mittalaitetekniikka NYMTES 13 Jussi Hurri syksy 2014

Fysiikan perusteet. Voimat ja kiihtyvyys. Antti Haarto

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Pietarsaaren lukio Vesa Maanselkä

TEHTÄVIEN RATKAISUT. b) 105-kiloisella puolustajalla on yhtä suuri liikemäärä, jos nopeus on kgm 712 p m 105 kg

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

1 Tieteellinen esitystapa, yksiköt ja dimensiot

PRELIMINÄÄRIKOE. Pitkä Matematiikka

YO-harjoituskoe B / fysiikka Mallivastaukset

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

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Kitka ja Newtonin lakien sovellukset

1/6 TEKNIIKKA JA LIIKENNE FYSIIKAN LABORATORIO V

7. Resistanssi ja Ohmin laki

On määritettävä puupalikan ja lattian välinen liukukitkakerroin. Sekuntikello, metrimitta ja puupalikka (tai jääkiekko).

KERTAUS KERTAUSTEHTÄVIÄ K1. P( 1) = 3 ( 1) + 2 ( 1) ( 1) 3 = = 4

Työ 3: Veden höyrystymislämmön määritys

Luvun 10 laskuesimerkit

4757 4h. MAGNEETTIKENTÄT

Massakeskipiste Kosketusvoimat

1 Ensimmäisen asteen polynomifunktio

4.1 Kaksi pistettä määrää suoran

Virrankuljettajat liikkuvat magneettikentässä ja sähkökentässä suoraan, kun F = F eli qv B = qe. Nyt levyn reunojen välinen jännite

Laskun vaiheet ja matemaattiset mallit

TEHTÄVIEN RATKAISUT N = 1,40 N -- 0,84 N = 0,56 N. F 1 = p 1 A = ρgh 1 A. F 2 = p 2 A = ρgh 2 A

Laskun vaiheet ja matemaattiset mallit

Työ 5: Putoamiskiihtyvyys

Tapa II: Piirretään voiman F vaikutussuora ja lasketaan momentti sen avulla. Kuva 3. d r. voiman F vaikutussuora

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

nopeammin. Havaitaan, että kussakin tapauksessa kuvaaja (t, ϕ)-koordinaatistossa on nouseva suora.

Syksyn 2015 Lyhyen matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

Työ 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA

Numeeriset menetelmät Pekka Vienonen

AMMATTIKORKEAKOULUJEN LUONNONVARA- JA YMPÄRISTÖALAN MATEMATIIKAN V VALINTAKOETEHTÄVIEN PISTEYTYSOHJEET

Tekijä Pitkä matematiikka

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

PAINOPISTE JA MASSAKESKIPISTE

KJR-C1001: Statiikka L5 Luento : Palkin normaali- ja leikkausvoima sekä taivutusmomentti

MATEMATIIKAN KOE. AMMATIKKA top asteen ammatillisen koulutuksen kaikkien alojen yhteinen matematiikka kilpailu. Oppilaitos:.

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

Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta Ympäristöekonomia Kansantaloustiede ja matematiikka

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Tekijä Pitkä matematiikka Pisteen (x, y) etäisyys pisteestä (0, 2) on ( x 0) Pisteen (x, y) etäisyys x-akselista, eli suorasta y = 0 on y.

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

matematiikka Martti Heinonen Markus Luoma Leena Mannila Kati Rautakorpi-Salmio Timo Tapiainen Tommi Tikka Timo Urpiola

x 5 15 x 25 10x 40 11x x y 36 y sijoitus jompaankumpaan yhtälöön : b)

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

Vastksen ja diodin virta-jännite-ominaiskäyrät sekä valodiodi

Vastaukset. 1. kaksi. 3. Pisteet eivät ole samalla suoralla. d) x y = x e) 5. a) x y = 2x

Sähkömagneettinen induktio

1 ENSIMMÄISEN ASTEEN POLYNOMIFUNKTIO

Luku 8. Mekaanisen energian säilyminen. Konservatiiviset ja eikonservatiiviset. Potentiaalienergia Voima ja potentiaalienergia.

Lineaarialgebra MATH.1040 / voima

MATEMATIIKAN KOE, LYHYT OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 MAGNEETTIKENTTÄTYÖ

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

Fysiikka 1. Dynamiikka. Voima tunnus = Liike ja sen muutosten selittäminen Physics. [F] = 1N (newton)

RATKAISUT: 12. Lämpöenergia ja lämpöopin pääsäännöt

x = π 3 + nπ, x + 1 f (x) = 2x (x + 1) x2 1 (x + 1) 2 = 2x2 + 2x x 2 = x2 + 2x f ( 3) = ( 3)2 + 2 ( 3) ( 3) = = 21 tosi

Magneettikenttä ja sähkökenttä

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

Transkriptio:

AVOIME SARJA VASTAUKSET JA PISTEITYS 1. Käytössäsi on viivoitin, 10 g:n punnus, 2 :n kolikko sekä pyöreä kynä. Määritä kolikon ja viivoittimen massa. Selosta vastauksessa käyttämäsi menetelmät sekä esitä mittaustulokset ja laskut. Arvioi tulosten tarkkuutta ja pohdi mahdollisia virhelähteitä. Ratkaisu Sovelletaan momenttiehtoa. Ratkaisussa käytettiin 30 cm:n viivoitinta, jossa mitta-asteikon lisäksi kummassakin päässä oli 0,6 cm pituinen pätkä jolloin viivoittimen kokonaispituus oli 31,2 cm. Kolikon massan selvittämiseksi viivoitin asetettiin lyijykynän päälle kaksivartiseksi vivuksi (keinulaudaksi). Etsittiin tukipisteen kohta niin, että pelkkä viivoitin oli tasapainossa; tällöin voidaan jättää huomiotta viivoittimen puoliskojen momentit, sillä ne tasapainottavat toisensa. Tasapainokohta oli lukeman 15,2 cm kohdalla. Punnus asetetaan valitulle kohdalle viivoitinta ja kolikolle etsitään tukipisteen toiselta puolelta paikka jossa viivoitin on tasapainossa. Mittaustuloksiksi saatiin: punnuksen lukema 23,0 cm -> etäisyys tukipisteestä r 0 = 23,0 cm -15,2 cm = 7,8 cm kolikon (keskikohdan)lukema 6,0 cm -> etäisyys tukipisteestä r k = 15,2 cm -6,0 cm = 9,2 cm Momenttiehto viivoittimen tukipisteen suhteen -> kolikon massa m k : r M = M G r = G r m gr = m gr m = o m 0 k 0 0 k k 0 0 k k k r 0 k Kolikon massaksi saadaan: m k 7,8 cm = 10g = 8,48g 8,5 g 9,2cm Viivoitin asetettiin tasapainoon kynän varaan. Viivoittimen lukema kynän kohdalla oli 15,2 cm eli tämä on viivoittimen painopisteen paikka. Tämän jälkeen punnus asetettiin lukeman 23,0 cm kohdalle ja haettiin uusi tasapainokohta, joksi saatiin 17,9 cm. Tällöin viivoittimen painopisteen etäisyys tukipisteestä on 17,9 cm 15,2 cm = 2,7 cm ja punnuksen 23,0 cm 17,9 cm = 5,1 cm.

Kirjoitetaan tasapainoehto mv ga = m p gb josta saadaan viivoittimen massa b 5,1cm m v = m p = 10 g =18,9 g 19 g a 2,7 cm Vastaus: kolikko 8,5 g ja viivoitin 19 g (vaa alla punnittaessa 9,0 g ja 20 g ) virhelähteitä: painopisteen etäisyyden arviointi ja lukematarkkuus, viivoittimen toisessa päässä oleva reikä, tukipisteen leveys (lyijykynä kuusikulmio/pyöreä poikkileikkaukseltaan) Jos lukematarkkuudeksi arvioidaan ± 0,1 cm, tulee kolikon massan virheeksi ± 0,2 g ja viivoittimen ± 1 g. pisteitys: löydetty ja selostettu menetelmä 1p + 1p perusteltu teoreettisesti ja esitetty laskut 1p + 1p vastaukset tarkkuudella ± 1g 1p pohdittu virhelähteitä 1p Jos on ratkaistu vain toinen (kolikko tai viivoitin), max 4p.

2. Piirrä ja nimeä seuraavissa tapauksissa lihavoituun kappaleeseen kohdistuvat voimat. Kiinnitä huomiota voimien keskinäiseen suuruuteen. Ratkaisu a) liikesuunta F µ G Voimat ovat painovoima G, normaalivoima ja kitka F µ. Ilmanvastus on pieni. b) Laatikkoon vaikuttavat voimat: F µ laatikon ja auton lattian välinen kitka joka on auton liikkeen suuntainen, G korin paino, auton lattian tukivoima. c) Kiveen vaikuttavat voimat ovat ilmanvastus F v ja painovoima mg. d) Kuulaan vaikuttavat voimat ovat langan jännitys T ja painovoima mg. Pisteitys: 1,5 p/ kohta. Voima väärin tai puuttuu -0,5 p. Jos ei nimetty max 4p.

3. Varjostimen ja kynttilän etäisyys optisessa penkissä on 120 cm. Kun linssi asetetaan näiden väliin, saadaan varjostimelle terävä kuva kahdessa eri linssin paikassa. Varjostimelle syntyvien kuvien korkeuksien suhde on 1:9. Määritä linssin polttoväli. Ratkaisu: Kuvan mukaisesti a = 120 b ja b = 120 a valonsäteiden käänteisen kulun takia. Jos 9c on esine, saadaan kuva, jonka korkeus on L. a 120-a L c b 120-b 9c Kolmioiden yhdenmuotoisuudesta saadaan: L c b = ja 120 b L a = josta seuraa 9 c 120 a Linssin kuvausyhtälö: 1 1 1 = saadaan f = 22, 5 (cm). f 30 90 Vastaus: Linssin polttoväli on 22,5 cm. b 9a = 120 b 120 a 120b ab = 1080a 9ab 8ab = 1080a 120b 8ab = 120(9a b) ja b = 120 a saadaan 8a (120 a) = 120(9a 120 + a) 2 120a a = 150a 1800 2 1800 = 30a + a a = 15 ± 15 2 + 1800 15 ± 45 a = 30, ( a = 50), b = 90 2p 2p 1p 1p

4. Eräässä oppilastyössä tutkittiin veden lämpenemistä keittimellä, jonka ympärille oli kiedottu eristävää materiaalia. Keittimellä kuumennettiin eri määriä vettä kiehuvaksi ja mitattiin jokaiseen lämmitykseen kulunut aika. Veden alkulämpötila oli joka kerralla 10,0. Mittauksessa saatiin oheisen taulukon mukaiset tulokset. vettä/dl 4,0 6,0 8,0 10,0 aika/s 88 123 161 194 Verkkojännitteen tehollinen arvo on 230 V ja mittarilla mitattiin sähkövirraksi keittimessä 9,6 A. Määritä mittaustuloksien perusteella sopivaa graafista esitystä käyttäen veden ominaislämpökapasiteetti ja keittimen lämpökapasiteetti. Ratkaisu: Oletetaan, että koko keittimen lämmitystyö menee veden ja keittimen lämpöenergiaksi: W = Q vesi + Q keitin eli Pt = cm T + T eli UIt = cm T + T. Kun mittaukset esitetään esimerkiksi m,t-koordinaatistossa, saadaan edellisestä kuvaajan yhtälöksi: c T T t = m +. UI UI Suoran kulmakertoimesta voidaan siis ratkaista veden ominaislämpökapasiteetti c ja vakiotermistä keittimen lämpökapasiteetti, kun lämpötilan muutos T = 100 10,0 = 90,0, U = 230 V ja I = 9,6 A. Piirretään kuvaaja ja määritetään graafisesti kulmakerroin ja vakiotermi: t 163s kk = = 177,174 kg s ja vakiotermi b = 16 s. m 0,92kg äistä saadaan c = kk UI T 177,174 kg s 230V 9,6A = 4, 3 kg kj o o 90,0 ja b UI 16s 230V 9,6A = = 390 J o o. T 90,0 (Graafisella laskimella sovitetun suoran kulmakertoimeksi tulee joista saadaan veden ominaislämpökapasiteetiksi 410 J o.) 178 kg s ja vakiotermiksi 16,9 s, 4,4 kg kj o ja keittimen lämpökapasiteetiksi pisteitys: perustelu graafiselle esitykselle ja siitä tehtäville laskelmille 2p graafinen esitys ja siitä tarvittavat arvot 2p veden ominaislämpökapasiteetti 1p keittimen lämpökapasiteetti 1p

graafinen esitys tehtävään 4: graafinen esitys tehtävään 5b:

5. Käämin navat yhdistetään mittaustietokoneen virtamittariin. Kun käämin läpi pudotetaan tankomagneetti eteläpää edellä, saadaan oheinen kuvaaja sähkövirrasta ajan funktiona. a) Piirrä periaatekuvaaja sähkövirrasta, kun magneetti pudotetaan pohjoispää edellä ja korkeammalta. Esittele ja perustele oleelliset muutokset kuvaajassa verrattuna tehtävässä annettuun kuvaajaan. b) Laske kuinka suuri magneettivuo läpäisee käämin, kun tankomagneetti on käämin sisällä. Käämin resistanssi on 13 Ω ja siinä on 1200 kierrosta. Ratkaisu: a) Kun magneetti pudotetaan pohjoispää edellä, on magneettivuon muutos päinvastainen kuin eteläpää edellä pudotettaessa, joten induktiojännite ja induktiovirta ovat tehtävän kuvaajaan verrattuna ensin negatiivisia ja sitten positiivisia (1p). Kun magneetti pudotetaan korkeammalta, sillä on suurempi nopeus sen saapuessa käämin kohdalle. iinpä magneettivuon muutos tapahtuu nopeammin, ja induktiojännite ja induktiovirta ovat suurempia kuin tehtävän kuvaajassa (1p). Samasta syystä myös piikkien leveydet ovat ajallisesti kapeampia (1p). Piikkien pinta-alat kuitenkin säilyvät samoina. Kuvaajana riittää induktiovirran kuvaaja, kuten tehtävässäkin. dφ b) Faradayn ja Henryn lain mukaan induktiojännite on E =. Sijoitetaan tähän E=RI dt dφ R R (Ohmin laki): RI =, josta saadaan dφ = Idt. Integroidaan: dt d Φ = Idt eli R Φ = Idt. Kuvaajasta saadaan graafisesti integraali Idt joko positiivisesta piikistä (noin 0,40 s:sta 0,605 s:iin) tai negatiivisesta piikistä (noin 0,605 s:ta 0,74 s:iin). Koska magneetti tiputettiin eteläpää edellä, magneettivuon muutos on ensin nollasta -Φ:hin ja sitten -Φ:stä nollaan. Mittaustietokoneen laskemilla graafisilla integraaleilla positiivisesta piikistä saadaan 13Ω Φ = 0,0049As 53µ Wb ja negatiivisesta piikistä saadaan 1200 13Ω Φ = 0,0051As 55µ Wb (toinen riittää, toinen on tarkistus). 1200 (Ero pinta-aloissa aiheutunee epätarkkuudesta integraalin rajauksessa.) pisteytys 5b: periaate 1p graafinen integraali (jompikumpi piikeistä) 1p vastaus 1p Induktiolain negatiivisen etumerkin kanssa ei tarvitse sumplia vaan sen saa jättää tässä pois.