STUDENTEREKSAMEN AUGUST 2009 FYSIK A-NIVEAU. Torsdag den 13. august Kl STX092-FYA. Undervisningsministeriet

Transkript

1 STUDENTEREKSAMEN AUGUST 2009 FYSIK A-NIVEAU Torsdag den 13. august 2009 Kl Undervisningsministeriet STX092-FYA

2

3 Opgavesættet består af 8 opgaver med tilsammen 15 spørgsmål. Svarene på de stillede spørgsmål indgår med samme vægt i vurderingen. Der er 2 bilag (hver vedlagt i 2 eksemplarer). Opgaverne Opgave 1 Opgave 2 Opgave 3 Opgave 4 Opgave 5 Opgave 6 Opgave 7 Opgave 8 Verdens højest beliggende jernbane Eksotisk henfald Brud på lysleder Legetøjsfrø Svævebane Skibsforlis Kobberlaser Solcelledrevet vandpumpe Alle hjælpemidler er tilladt Følgende hjælpemidler forudsættes: Databog fysik kemi (F&K Forlaget), 6. udgave (1992) eller senere udgave.

4

5 Side 1 af 7 1. Verdens højest beliggende jernbane Jernbanen mellem Kina og Tibet er verdens højest beliggende jernbane. Næsten tusind kilometer af skinnerne ligger i mere end 4000 meters højde, hvor jorden stort set er frosset hele året. Om sommeren er der risiko for, at isen i det øverste jordlag smelter. Derfor ville skinnernes stabilitet være dårlig, hvis de lå direkte på jorden. For at undgå dette, er jernbanen mange steder bygget på søjler, som er forankret dybt nede i den permanent frosne jord. Foto: Picasa Webalbum, kc tang En vinterdag skinner Solen i 8,0 timer, og jorden modtager i det tidsrum energi fra Solen med den gennemsnitlige effekt 430 W pr. m 2. a) Hvor meget energi modtager jorden pr. m 2 i løbet af denne vinterdag? En sommerdag før solopgang er temperaturen i jorden -5,0 C. I løbet af denne dag modtager jordoverfladen energien 41,5 MJ pr. m 2 fra Solen. Man kan regne med, at det øverste lag af jorden udelukkende består af is. b) Beregn, hvor langt ned i det øverste lag af jorden isen smelter den pågældende dag. Gør herunder rede for de relevante antagelser.

6 Side 2 af 7 2. Eksotisk henfald Der findes nuklider, som i sjældne tilfælde henfalder ved en proces, hvor der udsendes en partikel, som er tungere end en -partikel. Et eksempel er nuklidet 223 Ra, der normalt henfalder ved et -henfald, men som i sjældne tilfælde i stedet henfalder ved at udsende en 14 C-kerne. a) Opstil reaktionsskemaet for henfaldet, hvor 223 Ra udsender en 14 C-kerne. Beregn processens Q-værdi ud fra masserne af de partikler, som deltager i processen. Henfald, hvor 223 Ra udsender en 14 C-kerne, sker kun én gang for hver 1,2 milliarder -henfald af 223 Ra. b) Hvor mange 14 C-kerner udsender 2,0 g 223 Ra i løbet af ét minut? 3. Brud på lysleder En lang lysleder på bunden af havet har fået et brud, som skal findes. Derfor sendes en kortvarig lyspuls ind i lyslederen fra den ene ende. Lyspulsen reflekteres i bruddet, og en detektor registrerer, at den reflekterede lyspuls kommer tilbage 0,186ms efter, at den er udsendt. Lyslederens kerne har brydningsindekset 1,453. a) Beregn, hvor langt inde i lyslederen bruddet er sket. En lyspuls har effekten 920 W, når den sendes ind i lyslederen. Den reflekterede lyspuls kan kun registreres, hvis den har en effekt på mindst 12,0 W, når den kommer tilbage til detektoren. Lyslederens effekttab er 0,19 db/km. Man kan regne med, at alt lyset i lyslederen bliver reflekteret i bruddet. b) Bestem den maksimale længde af en lysleder, der kan undersøges for brud med den anvendte metode.

7 Side 3 af 7 4. Legetøjsfrø Foto: Nils Kruse Legetøjsfrøen på fotoet virker ved, at fjederen presses sammen, indtil den holdes fast af den hvide sugekop. Efter nogle sekunder slipper sugekoppen den sorte fod, og fjederen udløses. Dette bevirker, at frøen med sugekop, fjeder og fod springer højt til vejrs. Tabellen viser sammenhørende værdier for størrelsen af fjederkraften F og det stykke x, som fjederen er trykket sammen. x / cm 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 F / N 0,0 2,1 4,3 6,5 8,0 10,8 13,4 a) Vis ud fra tabellens data, at fjederkonstanten er 0,44 kn/m. I det øjeblik, hvor sugekoppen slipper den sorte fod, er fjederen trykket 2,5 cm sammen. Massen af frøen med sugekop, fjeder og fod er 13,2 g. b) Hvor højt kan frøen hoppe?

8 Side 4 af 7 5. Svævebane Flere steder i Alperne har man udspændt en stålwire hen over en dyb dal. Vovehalse bliver spændt fast i en sele og glider derefter med stor fart ned ad stålwiren til den anden side af dalen. En mand med massen 72 kg glider ned ad stålwiren. Efter et stykke tid bevirker luftmodstanden, at manden bevæger sig med konstant hastighed. a) Indtegn på Bilag 1 pile, der viser størrelse og retning af de tre kræfter, som virker på manden, når han bevæger sig med konstant hastighed. 6. Skibsforlis Den 25. juli 1956 kolliderede passagerskibene Stockholm og Andrea Doria i tæt tåge ud for kysten ved New York. Efter sammenstødet hang de to skibe sammen i flere minutter. Foto: Handels- og Søfartsmuseet, Kronborg Fotoet viser Stockholm på vej mod New York. Skibets stævn er tydeligt mærket af kollisionen med Andrea Doria. I baggrunden ses Frihedsgudinden.

9 Side 5 af 7 Andrea Doria var på vej over Atlanterhavet fra Europa til Nordamerika. Skibet havde ved sammenstødet tilbagelagt 5550 km med en gennemsnitsfart på 12,0 m/s. a) Hvor lang tid brugte Andrea Doria på at tilbagelægge de 5550 km? Lige inden sammenstødet sejlede Andrea Doria med farten u 1 = 11,3 m/s, og Stockholm sejlede med farten u 2 = 9,8 m/s. Lige efter sammenstødet, mens de to skibe stadig hang sammen, sejlede de med den fælles fart 10,4 m/s. Massen af Stockholm var 20 tusinde ton, og massen af Andrea Doria var 40 tusinde ton. b) Beregn det samlede tab i kinetisk energi ved sammenstødet. Andrea Doria 40 tusinde ton u = 11,3 m/s 1 33 Stockholm 20 tusinde ton u = 9,8 m/s Figuren viser skibenes sejlretninger inden sammenstødet. Inden sammenstødet var vinklen mellem de to skibes sejlretninger 33. c) Eftervis, at de to skibe lige efter sammenstødet må have sejlet med den fælles fart 10,4 m/s. 2

10 Side 6 af 7 7. Kobberlaser I en kobberlaser er det kobber på gasform, der sørger for laservirkningen. Energi / aj 0,6115 0,6066 D C 0,2631 0,2225 B A 0 O Figuren viser et energiniveaudiagram for et kobberatom med grundtilstanden og de relevante exciterede tilstande. En kobberlaser udsender laserstråling med bølgelængderne 510,6 nm og 578,2 nm. a) Gør rede for, hvilke overgange i kobberatomet, der giver anledning til den udsendte laserstråling.

11 Side 7 af 7 8. Solcelledrevet vandpumpe Foto: TEDA, Indien Fotoet viser et solcellepanel, der driver en vandpumpe i Indien. Et solcellepanel, som driver en vandpumpe, består af moduler. Et modul i solcellepanelet leverer effekten 165 W, når spændingsfaldet over modulet er 24 V. a) Beregn strømstyrken gennem modulet, når spændingsfaldet over det er 24 V. Effekt / W Tid / h Figuren viser, hvordan den tilførte effekt fra solstrålingen til solcellepanelet afhænger af tidspunktet i et bestemt døgn. Anlægget udnytter 4,8 % af den tilførte solenergi til at løfte vand op fra en 80 m dyb brønd. b) Hvor mange m 3 vand henter vandpumpen op fra brønden det pågældende døgn? Bilag 2 kan benyttes til besvarelsen. (Opgavesættet er slut)

12

13 STUDENTEREKSAMEN AUGUST 2009 STX092-FYA STUDENTEREKSAMEN AUGUST 2009 STX092-FYA BILAG 1 Ark af i alt ark BILAG Navn: 1 Ark af i alt ark Navn: Skole/kursus: Skole/kursus: Klasse: Klasse: 100 N 100 N Bilaget skal afleveres sammen med besvarelsen Bilaget skal afleveres sammen med besvarelsen

14 STUDENTEREKSAMEN AUGUST 2009 STX092-FYA BILAG 22 Ark af af i i alt ark Navn: Skole/kursus: Klasse: Effekt / W Effekt / W Tid / h Tid / h Bilaget kan afleveres sammen med besvarelsen Bilaget kan afleveres sammen med besvarelsen