Fasit eksamen i fysikk vår 2003

Transkript

1 Fait ekamen i fyikk vår 003 Oppgave a) Krefter Kreftene er tyngdekraften G og normalkraften N M : 89 kg α : 44 deg g : 9.8 m G : M g G N N : G co( α) N N b) Akelerjon i A. Dekomponerer G og finner komponenten av G lag bakken Gp Gp : G in( α) Gp a : a 6.85 m M c) Høydeforkjell A-B. Nytter at poteniell energi går over til kinetik energi v : 3 m M g Hab M v Ekamen i fyikk vår 003 ide

2 Høyt v Hab : Hab 6.96 m g d) Krefter lavete punkt. I dette punktet virker normalkraft N og tyngdekraft G. Tyndekraften G er den amme om i a). Kloen har en entripetalakelerajon rettet oppover og um av normalkraft og tyngdekraft gir entripetalkraft. r : 7 m N G M v N : G + M v N N r r e) Høyt kommer Håkonen Nytter at kinetik energi går over til poteniell energi M v M g h v : 5 m v h : h.468 m g f) Lenge i luften v t g t 0 Ser bort fra løning t0 v g t 0 g t v t v : t g Ekamen i fyikk vår 003 ide

3 g) Når 3 m over C v t g t 3 m ( ) t v v : + 6 g m t.843 g ( ) t v v : 6 g m t 0.5 g Oppgave a) Def. elektrik penning og elektrik trøm Strøm I definerer om ladning Q om paerer et tvernitt per tidenhet. En har da at I Q/t Spenning mellom to punkt i et elektrik felt kan definere om det arbeide om det elektrik feltet kan gjøre på ladningen We når ladningen går mellom punktene, delt på ladningen. U We/Q b) Elektrik effekt Snur vi utrykket for penning får vi We U*Q Snur vi uttrykket for trøm får vi Q I*t og da kan vi ette We U*I*t Effekt P er lik arbeid delt på tid P We/t P U*I*t / t P U*I c) Spenning for å gi fart Nytter at arbeid om felt gjør går over til kinetik erngi v m : e : C Mp : kg Ekamen i fyikk vår 003 ide 3

4 U e Mp v Mp v U : U V e d) Felttyrke mellom plater 70 V E : E V 0.06 m m e) Magnetik fluktetthet mellom plater Skal ionenene gå rett frem må den magnetike kraften være lik den elektrike kraften e E E e v B B : B T v f) Radiu i irkelbane Den magnetike kraften er vinkelrett på hatigheten og gjør derfor ikke noe arbeid. Derved blir hatigheten kontant og den magnetike kraften kontant. En får da en kontant entripetalkraft om gir en irkelbane B : 0.5 T e v B Mp v Mp v r : r.09 m r e B Oppgave 3 a) Brytningindek til vann nl : nl in( αl) nv in( αv) αl : 4 deg αv : 30 deg in( αl) nv : nv.338 in( αv) b) Lyhatighet i vann m cv : cv nv m c) Grenevinkel Grenevinkel er innfallvinkel når brytningvinkel er 90 grader. Derom innfallvinkel tørre enn grenevinkel får en totalreflekjon nl in 90 deg nl in( 90 deg) nv in( αg) αg : ain ( ) αg deg nv Ekamen i fyikk vår 003 ide 4

5 d) Bølgelengden til lyet nm : 0 9 m d : 0.00 m 400 θ : atan 0 θ.6 deg d in( θ) 4 λ d in( θ) λ : λ m λ nm e) Antall makimum Mak antall får en når en etter vinkel til 90. En får da makima på en ide. Totalt blir antall makima um av makima på hver ide plu makimum i midt. n λ d in( 90 deg) d in( 90 deg) n : n 5. λ N : N f) Uikkerhet θmax : atan 0.3 θmax 3.49 deg 3.7 θmin : atan 9.7 θmin.76 deg 4.3 d in( θmax) λmax : λmax m λmax nm d in( θmin) λmin : λmin m λmin nm λmax λmin λ : λ m λ nm g) Serien av bølger Serien av bølger om danne av elektroner om faller ned til kall i hydrogenatomet kalle Balmererien. h) Antall bølgelengder fra kall 4 til Av fig er vi at vi har 6 muligheter for bølgelengder Ekamen i fyikk vår 003 ide 5

6 i) Bølgelengden til lyet h : J c m : B : J h f B B B B 6 6 f : f h c λ : λ m λ nm f j) Kortete bølgelengde Kortete bølgendelngde gir tørt energiprang dv. et prang fra n uendelig til n. Leddet med n uendelig faller bort og vi får: h f B f : B f h c λ : λ m λ nm f k) Bohr potulater Bohr a at ) Elektronet kunne ekitere i betemte tajonære tiltander uten å mite energi. ) Derom et elektron gikk fra en tajonær tiltand Em til en tajonær tiltand med lavere energi En, ville energidifferanen bli endt ut om et foton. h*f Em -En Bakgrunnen for at Bohr kom med die potulatene var ) Rutherford atommodell om ammenkoblet med Maxwell ligninger a at iden elektronene var akelerert når de gikk rundt kjernen (entripetalakelerajon), kulle de ende ut elektromagnetik tråling, mite energi og derved havne i kjernen. Siden dette ikke kjedde potulerte Bohr at man måtte ha tajonære tiltander. ) Siden pektrene for gaer hadde betemte lyende linjer, potulerte Bohr at die tajonære tiltander ikke var tilfeldige, men at det måtte være betemte tiltander karakteritike for den aktuelle ga, og han kunne og beregene die for Hydrogen. Ekamen i fyikk vår 003 ide 6

7 Oppgave 4 a) Proent av normal mengde TC4 : 5730 a t : 7500 a TC4 P : 00 P.04 b) Lenge iden døde t P : 7.3 P 00 TC4 t P 00 t TC4 log P 00 log t TC4 P log 00 t : TC4 t a log c) Energi frigitt Finner maetap og nytter konverteringfaktor energi/mae. ev : J MeV : 0 6 ev u : kg MC4 : u MN4 : u M : MC4 MN4 M u E : MeV M E 0.59 MeV E J u d) Type tråling Dette er et ekempel på beta tråling d) Bindingenergi per nukleon MH : u Mn : u M : 6 MH + 8 Mn MC4 M 0. u MeV M u En : En 7.39 MeV En.7 0 J 4 Ekamen i fyikk vår 003 ide 7

8 Oppgave 5 a) Hovedgrupper av partikler Hovedgruppen av partikler er fermioner om har antiymmetrik bølgefunkjon og av den grunn ikke kan være i amme kvantetiltand det vil i de følger Pauliprinippet. Fermionene har alltid halvtallig pinn. Den andre hovedgruppen er booner om har ymmetrik bølgefunkjoen og derfor kan være i amme kvantetiltand. Booner har alltid heltallig pinn. Fermionene er igjen gruppert i kvarker og leptoner. Kvarkene danner partikkelgruppene baryoner (tre kvarker) om og er fermioner, og meoner (kvark og antikvark) om hører med til boonene. Boonene er gruppert i ulike formidlingpartikler for de ulike kreftene b) Konerveringlover Energi er konervert Bevegelemengde er konervert Ladning er konervert Baryontall er konervert Kvarkkvantetall er delvi konervert (Ikke i vake vekelvirkninger) Leptontall er konervert (I partikkelreakjoner, men kan endre over tid jevnfør nøytrinoer om kommer fra olen) c) Formidlingpartikler for kreftene i naturen Vi har følgende krefter og formidlingpartikler Den terke kjernekraften om virker mellom hadroner (partikler bygd opp av kvarker) Den terke kjernekraften blir formidlet av gluoner mellom kvarker og meoner mellom nukleoner. Den terke kjernekraften har kort rekkevidde 0-5 m mellom nukleonene. Den elektromagnetike kraften om virker mellom alle elektrik ladete partikler og har uendelig rekkevidde. Den elektromagnetike kraften blir formidlet av fotoner. Den vake kjernekraften virker mellom alle partikler, men har vært kort rekkevidde 0-6 m. Den er anvarlig for vie typer radioativ nedbrytning om βtråling. Den vake kjernekraften blir formidlet av W+, W- og Z0 boonene. Gravitajonkraften virker mellom alt om har effektiv mae energi inkludert. Den har uendelig rekkveidde noe om gjør at elv om den er den vakete av alle kreftene å tyrer den univeret i tor kala. Gravitajonkraften kan muligen bekrive ved at den blir formidlet av gravitoner. Ekamen i fyikk vår 003 ide 8

9 d) Reakjonen med nøytronet ν+ n > p + e- kan illiutrere om følger der tidaken går oppover. ν e) Siden en kvark kifter fra nedkvark d til oppkvark u, er det den vake kraften om formidler denne proeen. Formidlingpartikkelen er W- f) Wolfgang Pauli var den om ført forelo at nøytrinoet måtte ekitere. Grunnen til at Pauli framatte påtanden om nøytrionoet ekiten ligger i β tråling. Regner man ut energien om er frigitt ved å e på maedifferanen i proeen for β tråling, finner en at elektronet vanligvi ikke har all den energi om er frigitt. Pauli forelo da at det måtte finne en nøytral neten maelø partikkel om tok med eg en del av energien. Partikkelen måtte være nøytral ut fra konervering av ladning og neten maelø da elektronet i noen tilfeller hadde neten all frigitt energi. g) Ut fra konevering av leptontall må vi ha med antielektronnøytrinoet. Det er ikke leptoner på ventre iden av reakjonen ergo er leptontall 0. På høyre ide har en elektronet med elektronleptontall. Da må vi få inn en partikkel med elektronleptontall - dv. antielektronnøytrinoet. Ekamen i fyikk vår 003 ide 9