SENSURVEILEDNING EMNEKODE OG NAVN Naturfag 1, Na130-E SEMESTER/ ÅR/ EKSAMENSTYPE 6 timers skriftlig eksamen Fysikk er 50 %, Biologi 50 % FYSIKKDEL: Oppgave 1 (15 %) Et kompetansemål etter 10. trinn under Fenomener og stoffer lyder som følger: «Målet for opplæringen er at eleven skal kunne gjennomføre forsøk med lys, syn og farger, beskrive og forklare resultatene». a) Lag en skisse for et undervisningsopplegg for en 10. klasse hvor dere søker å dekke dette kompetansemålet. b) Argumenter for opplegget, og gi en faglig begrunnelse for valg av forsøk basert på pedagogisk og didaktisk teori. Opplegget må dekke kompetansemålet på en god måte, og det skal passe for en 10. klasse. Argumentasjon bør være teoretisk begrunnet, og bør ta opp de aller fleste valgene studenten har gjort i utformingen av opplegget. Oppgave 2 (20 %) I lydlære studerer vi egenskaper ved lyd. Hvordan lyd forplanter seg gjennom forskjellige medier og hvordan fart, bølgelengde og frekvens beskriver forskjellige lydbølger. a) På figuren vises det et oppsett som kan brukes for å måle lydfarten i aluminium. Lydfarten i luften er gitt som 340 m/s, og aluminiumstaven måler 61 cm. Staven svinger med en tone på 4200 Hz. Figuren nedenfor viser en elev som holder aluminiumstaven ved punkt A. Punkt A er midten av staven. Med informasjon om bølgelengde i luften for denne frekvensen, kan vi finne ut lydfarten i aluminium. Hva er lydfarten i aluminium?
er oppgitt til 340 m/s. kan vi se er 0.081 m. = 1.22 m, altså den dobbelte lengden av staven, fordi når vi holder staven på denne måten blir det et knutepunkt på bølgen i punkt A, med en kvart bølgelengde ut til enden av staven på begge sider av hånden vår. Totalt er altså staven en halv bølgelengde lang. Da er det bare å gjøre om på formel og sette inn tall for å finne = 5121 m/s b) Gi en forklaring på hva som skjer når vi retter en laser mot en hvit skjerm gjennom et optisk gitter. Forklaringen bør bl.a. inneholde utfyllende svar på de følgende tre spørsmål: Hva observerer vi på skjermen? Hvorfor observerer vi dette? Hva slags fenomen er dette? Det vi observerer er en rad med lysende prikker på skjermen. Den midterste prikken vil være den mest lyssterke, og så vil de bli svakere jo lenger ut mot sidene de er plassert. Dette fenomenet kalles interferens, og er et kjent bølgefenomen som oppstår når flere bølger vekselvirker fordi de er på samme sted til samme tid. Resultatet er at amplitudene til alle bølgene som er i samme punkt, adderes sammen. Dersom alle bølgene i et punkt er en bølgetopp(eller alle er en bølgebunn), vil utslaget bli størst mulig, og vi har det som kalles et maksimum. I disse punktene kan vi også si at alle bølgene er i fase, og gir konstruktiv interferens. Det andre ekstreme tilfellet er dersom bølgene treffes i motfase, for eksempel at en bølge har bølgetopp, mens den andre bølgen har bølgebunn. I disse tilfellene vil amplitudene nulle hverandre ut, og total amplitude blir lik 0. Vi har det som kalles et minima, eller destruktiv interferens. Det optiske gitteret vil splitte laseren til mange små koherente bølgekilder. Dette fører til at vi får bestemte retninger ut fra gitteret hvor lyset interfererer konstruktivt, og i disse retningene observerer vi en lysende prikk på skjermen. I retningene hvor vi har konstruktiv interferens, vil
forskjellen i veilengde(hvor langt hver bølge har reist for å komme til dette punktet), være et helt antall bølgelengder. I området mellom prikkene har vi retninger hvor lyset interfererer destruktivt, og her er det noe mørkere. I området ellers er det interferens som er en mellomting av destrukti v eller konstruktiv interferens. Dette er en versjon av young sitt dobbelspalteforsøk. I sin forklaring bør studenten forklare disse tingene med egne ord på en slik måte at det ikke er tvil om at han eller hun har forstått fenomenet og grunnen til at det oppstår. Oppgave 3 (15 %) I naturfagtimen er det konkurranse mellom to lag, A og B, om hvem som klarer å lage den beste raketten. På slutten av timen går de ut og ser hvilket lag sin rakett som kommer høyest. Lag A sin rakett har masse på 0.5 kg, mens lag B sin rakett har masse på 0.7 kg. Disse massene regnes som konstant. Under oppskyting av raketten til lag A virker det en kraft F A = 32 N på raketten fra motoren over en distanse på 10 meter opp i lufta. Etter det slutter motoren å virke. Raketten vil fortsette oppover til et toppunkt, før den til slutt faller mot bakken etter en viss tid. Motoren til lag B er kraftigere, og virker med en kraft F B = 35N over en distanse på 12 meter opp i lufta. Husk å tegne figur(er). Bruk arbeid og bevaring av mekanisk energi, og se bort ifra luftmotstand i de følgende beregninger:
a) Regn ut hvor høyt de to rakettene kommer. Hvilket lag vant? Her må man tenke mekanisk energi. Hver motor tilfører en total mengde energi lik arbeidet den gjør på raketten. W = Fs. På det høyeste punktet er all den energien i form av potensiell energi. Dette gir oss at W = E p, eller med utrykk satt inn: Fs = mgh. Her er s avstanden kraften F virker, m er massen, g er tyngdeakselerasjonen, og h er høyden vi skal finne. Denne må gjøres om for å løses for h slik: Satt inn i formelen får vi høyden for lag A, h A = 65.2 m Og høyde for lag B, h B = 61.2 m Det er altså lag A sin rakett som går høyest. Det betyr at selv om lag B sin motor var bedre, så veier også raketten deres mer, noe som gav utslag på hvor høyt raketten kan komme. b) Regn ut hastigheten til lag B sin rakett i det øyeblikket motoren slutter å virke. Lag B sin rakett slutter å virke 12 meter over bakken. Vi skal altså finne hastigheten raketten har i dette punktet. Her er motoren ferdig med å tilføre energi til systemet, og raketten er i fritt fall uten andre krefter enn tyngdekraften som virker på den. Raketten vil ha samme mengde totale energi som i første oppgaven, nemlig W = Fs. Her kan man også bruke energien i toppunktet i stedet, altså E p = mgh. Hovedpoenget er at denne energien er lik den totale energimengden raketten har 12 meter over bakken, og denne energien vil være en kombinasjon av potensiell og kinetisk energi. Vi kan sette opp ligningen: Fs = mgh + ½ mv 2, hvor h = s = 12 m, g er tyngdeakselerasjonen, og F = 35N. Her er altså s og h like store. Kraften F har virket i 12 meter, og den potensielle energien regnes ut ved akkurat denne høyden. Alle størrelsene bortsett fra v, som vi skal finne, er kjent. Da kan vi gjøre om på formelen. Dette gir oss m/s. De som regner med utgangspunkt i den potensielle energien på toppen av banen vil få en annen formel som er noe enklere: I denne formelen er høyden på toppen av banen, lik 61.2 m. Massen er forkortet bort, da den var til stede i samtlige av leddene. Disse to ligningene gir begge samme verdi for farten.
BIOLOGIDEL: Oppgave 4 (10 %) Forklar eller definer disse begrepene. a) Populasjon b) Biotiske faktorer c) Økologisk nisje d) Bæreevne e) Suksesjon a) Er alle individer av samme art innen et geografisk begrenset område. Eks: reinsdyrene på Hardangervidda b) De levende faktorer c) Artens yrke eller rolle i økosystemet /hvordan den bruker miljøet sitt. Hver art har sin økologiske nisje Fundamental nisje Der miljøkravene er slik at arten kan overleve. Realisert nisje- Miljøkravene der arten faktisk lever d) Det maksimale antall individer av en art som miljøet tillater uten at arten varig ødelegger miljøet i forhold til sine egne behov. e) Når en forandring er langsiktig og går i en bestemt retning, viser en trend, kalles den suksesjon. Skiller mellom primær (eks starter der isbreer trekker seg tilbake eller etter en brann eller lavafelter, leirras, jordskred osv og sekundærsuksesjon(starter der det fra før er etablerte økosystemer).
Oppgave 5 (20 %) a) Innbyrdes er økosystemene veldig forskjellige, men de har den samme strukturen. De er alle bygd opp av fire komponenter med bestemte funksjoner. Gjør greie for disse komponentene. b) Fjellet som økosystem: i fjellet og spesielt i den lavalpine sone kan de økologiske forhold variere mye innen korte avstander og gi tydelige soneringer i vegetasjonen. Forklar begrepene rabbe, leside og snøleie og gjør rede for økologiske forhold på de tre stedene og hvordan de skiller seg fra hverandre. a) c) Rabbe: Snøfrie til bare tynt snødekke om vinteren Fordel: Smelter tidlig fram, lang vekstsesong Ulempe: barfrost,lave vintertemperaturer Vind/snøsltasje på vegetasjon Markfuktighet: Sommertørke, vinderosjon, Chinofobe arter
Lesider: Stabilt og godt snødekke om vinteren Smelter relativt tidlig fram om sommeren Fordel: Relativt lang vekstsesong, god snøbeskyttelse mot vinterens temperaturekstremer Markfuktighet god i deler av sesongen Liten vinderosjon, liten vindtørke, stabilt jordsmonn Snøleie Snøen ligger tykt og lenge, til ekstremt lenge om sommeren. Fordel: god snøbeskyttelse mot lave vintertemperaturer, liten vindslitasje,god markfuktighet i store deler av/hele vekstsesongen Ulemper : kort vekstsesong for blomstring og frøsetting, Chinofile arter Kan også komme med eksempler på arter i de tre soneringene her
Oppgave 6 (20 %) a) Biologisk mangfold: Når vi snakker om biologisk mangfold (biodiversitet) snakker vi om mangfold på tre nivåer. Hvilke nivåer er det snakk om? b) Hvilke trusler mot det biologiske mangfoldet regner du som de viktigste i dag. Skriv opp de viktigste med en kort forklaring. a) 1 Mangfold av økosystemer, biotoper og habitater, som er grunnlaget for mangfoldet på art-og genniva. Dette mangfoldet er ikke så lett å måle,da grensene mellom levesteder og økosystemer ofte er flytende. 2 Artsmangfold,som omfatter variasjonen av arter som finnes i et område. Det vanligste målet er antall arter. Men man kan også snakke om taksonomisk mangfold. Da har en øy med to fuglearter og en pattedyrart større biologisk mangfold enn en øy med tre fuglearter og ingen pattedyr. 3 Genetisk mangfold: Som innebærer den genetiske variasjonen innen en art. Denne variasjonen omfatter både variasjonen mellom populasjoner og variasjonen innen samme populasjon. b) 1 Tap og fragmentering av leveområde (arealendringer. Overbeskatning av områder osv) 2 Overbeskatning av planter og dyr (skog, vilt og fisk) 3 Introduksjon av nye arter (de opprinnelige arter blir redusert eller dør ut) 4 Forurensning av jord vann og luft 5 Endring i klimaet 6 Ensidig utvalg (i forbindelse med plante og dyreforedling kan føre til innavl og tap av genetisk variasjon. FAGLÆRER/ OPPGAVEGIVER Sted/ dato: 08.12.11 Navn: George Sundt (fysikk) Aleksander Aksnes (Fysikk) Trygve Megaard (Biologi)