PROVETIFYSIK30.3.2016BESKRIVNINGAVGODASVAR De beskrivningar av svarens innehåll och poängsättningar som ges här är inte bindande
för studentexamensnämndens bedömning. Censorerna beslutar om de kriterier som an‐
vändsidenslutgiltigabedömningen.
Fysikensmålärattförståochförklaranaturensgrundstrukturochdegrundläggandemekan‐
ismersomdrivernaturfenomenen,samtlagbundenheternabakomdessamekanismer.Inom
fysiken strävar man efter att uttrycka begreppslig kunskap och kunskapsstrukturer så ut‐
tömmandeochallmängiltigtsommöjligt.Denexperimentellametodenärfysikensviktigaste
kunskapskälla,ochdenkunskapsominhämtatspresenterasoftaiformavmatematiskateori‐
konstruktioner och modeller. Dessa modeller spelar också en väsentlig roll då det gäller att
utveckla,tillämpaochutnyttjadeninhämtadekunskapen.Dennärakopplingenmellanteori
och empiriska experiment är typisk för inhämtningen, presentationen och tillämpningen av
kunskappåfysikensområde.
Iprovetifysikbedömssåvälförmåganattförståfysikaliskafaktasomförmåganatttillämpa
denna kunskap, i enlighet med grunderna för gymnasiets läroplan. I provet bedöms vidare
examinandensförmågaattexperimentelltinhämtaochbearbetakunskap.Exempelpådenna
förmågaärblandannatattplaneraexperiment,attbehärskaanvändningenavdevanligaste
mätinstrumenten,attpresenteraochtolkaresultatsamtattdraslutsatser.Problempånatur‐
vetenskapernas och teknologins område löses genom att använda och tillämpa fysikens be‐
greppochbegreppsstrukturer.Problemlösningsomuppvisarkreativitetochuppfinningsrike‐
dom ses som särskilt förtjänstfull. På bedömningen inverkar även hur klara examinandens
svarärsamthurkonsekventochväldisponeratfaktainnehålletisvarenär.
Svaretpåenuppgiftifysikinkluderarmotiveringarförsvaret,omingetannatnämnsiuppgif‐
ten.Examinandenkankombinerafaktaochtillämpadetinlärda.Svaretvisarattexaminanden
haridentifieratdetfysikaliskafenomenetkorrektochgranskarsituationenpåettfysikaliskt
meningsfullt sätt. Examinanden kan beskriva den tillämpade fysikaliska modellen och moti‐
veravarförmodellenkananvändasiuppgiften.Oftakräversvaretsituationsbilder,kraftfigu‐
rer,kopplingsschemanellergrafiskapresentationer.Figurerna,diagrammenochdegrafiska
presentationernaärtydligaochienlighetmeddeallmännaprincipernaförläroämnet.Ikraft‐
figurersärskiljsdeverkligakrafternatydligtfrånderasvektorkomponenter.
I de uppgifter som kräver matematisk behandling ska storhetsekvationerna och formlerna
motiveraspåettsättsomvisarattexaminandentolkatsituationenrätt,exempelvisutifrånen
fundamental fysikalisk lag eller grundprincip. I svaret ingår även behövliga uträkningar och
andra tillräckliga motiveringar samt ett slutresultat. I de delar som kräver beräkningar är
storhetsekvationen löst med avseende på den efterfrågade storheten, och i denna storhets‐
ekvation har talvärdena med sina enheter införts. I provet i fysik är alla funktionsräknare,
grafiska räknare och symbolräknare tillåtna. Lösningar som gjorts med hjälp av symbolräk‐
naregodkänns,sålängedetavsvaretframgårpåvilkensituationochvilkasymbolerisituat‐
ionensvaretbygger.Räknarekananvändasförattlösaekvationerochdraslutsatseravgrafer
pådetsättsomförutsättsiuppgiften.
Uppgiftensolikadelarbedömsmedennoggrannhetpå1/3poäng,ochsummanavrundastill
helapoäng.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
Uppgift1
Partikelstrålning
Joniserande
strålning
Enstockvägg
stopparstrål‐
ningen
Enbetydande
källatill
strålningensom
observerasvid
jordytanärsolen
Alfastrålning
Gammastrålning
Synligtljus
x
x
x
x
x
x
Poängsättning:etträttkryss1p.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
Uppgift2
a)
Manberäknar ‐värdenaitabellen.
0,2209 1,0000
1,9881
(s )
h(m)
1,00
5,00
10,0
3,0976
15,0
4,1616
20,0
tabellen1p.
graf3p.
b)Kulansrörelseärlikformigtaccelererad,varvidfallhöjdenär
.Eftersomku‐
lanstartarfrånvila,ärkulansacceleration
.
1p.
Accelerationenförkulansfallrörelsefåsmedhjälpavriktningskoefficientenförlinjensom
anpassastillpunkterna:
Δ
Δ
16,0m 3,0m
2∙
0,60s
3,30s
2∙
2 ∙ 4,8148148
m
s
9,6296296
m
s
9,6
m
s
1p.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
Uppgift3
a)Iexperimentetkanmanbestämmadensitetenförmaterialetikedjan.
,
,
7150,6849
7200
1p.
1p.
b)Iexperimentetkanmanbestämmamaterialetsspecifikavärmekapacitet.
1p.
Värmemängdensomkedjanavgerärlikastorsomvärmemängdensomvattnettaremot.
1p.
Att vattnets densitet och värmekapacitet förändras då temperaturen ökar beaktas inte.
Värdenavidtemperaturen22,0°Canvänds.Vattnetsdensitet
997,78
ochspecifika
värmekapacitet 4181,9
386,7525
∙°
390
kg
J
∙ 0,400 ∙ 10 m ∙ 1000
∙ 30,4
kg ∙ °C
m
0,522kg ∙ 30,4 100 °C
∙°
22,0 °C
1p.
c)Kedjankundevaragjordavzink.
Densitetenförzinkär7130kg/m3ochspecifikavärmekapacitetenär386J/(kg∙°C).
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
1p.
Uppgift4
a)
(3p.)
b)
(3p.)
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
Uppgift5
a) Ibörjanärdengulastenenivila,dvs.
Förekollisionen:
0.Betecknastenarnasmassamedm.
Efterkollisionen:
̅
Eftersomingaandrarelevantakrafteränkontaktkraftenmellan stenarnaverkarpåste‐
narnairörelseriktningenunderögonblicketdåstenarnaträffarivarandra,kansystemet
som de två stenarna bildar betraktas som ett isolerat system. I kollisionen bevaras
rörelsemängden.
̅
̅
1p.
2
Ienelastiskkollisionbevarasocksåstenarnasrörelseenergi.
1p.
Ekvationernaärsannaendastom
0eller
0.Dengulastenenbörjarrörasigi
kollisionen,såledesmåstedenrödastenenstannauppförattbåderörelsemängdenoch
rörelseenerginbevarasikollisionen.
⅔p.
Denrödastenenstannaruppefterkollisionen.
Dengulastenenbörjarrörasigmedhastigheten2,1m/sisammariktningsomdenröda
stenenrördesigförekollisionen.
⅔p.
b) Ienelastiskkollisionbevarasrörelseenergin:
1
1
1
1
2
2
2
2
0.Manlöserut :
Ibörjanärdengulastenenivila,dvs.
1,5m/s
1,4m/s
1p.
0,53851648
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
0,54m/s
1p.
Uppgift6
a)
:gravitationskraftenellertyngden
:stödkraften
:vilofriktionskraften
⅓p./kraft,max.1p.
krafterrättifiguren⅓p./kraft
b) Helheten är i vågrät likformig cirkelrörelse och den har således en normalacceleration
riktadmotbanansmittpunkt
.
Dynamikensgrundlag:∑
0.
Helhetenharingenlodrättriktadacceleration,dvs.
Normalaccelerationenorsakasavvilofriktionskraften:
1p.
Dåmanköricirkelnmeddenminstabanradienärvilofriktionenfulltutvecklad.
Manlöserutrochinsätter
0,20,
,
,
∙ ,
15
och
9,81 :
8,8486805m
8,8m
1p.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
c) Tyngden har inget kraftmoment kring massmedelpunkten, således
behöver endast stödkraftens‐ och friktionskraftens kraftmoment
beaktas.
cos
sin
∙
∙
⅔p.
Dåkraftmomentensomverkarpåhelhetenimassmedelpunktentar
utvarandra,fallerhelheteninteomkull:
sin
cos
sin
tan
arctan
∙
cos
∙
arctan
,
∙
0
78,690068°≈79°
1p.
⅓p.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
Uppgift7
a)Iutgångslägetärcylindrarnastotalaladdningnoll,eftersomprotonernaspositivaladdning
ochelektronernasnegativaladdningtarutvarandra.
Dåkondensatornladdasupp,uppstårettelfältmellanskivorna.
Imetallenfinnsledningselektronersomrörsiglätt.Elfältetpåverkarledningselektronerna
med en kraft som får elektronerna att röra sig mot den positivt laddade kondensatorski‐
van.
1p.
Dåblirdetettöverskottavelektroneridenvänstracylindernochdenblirnegativtladdad.
Idenhögracylindernbildasettunderskottavelektronerochcylindernärpositivtladdad. 1p.
Förskjutningen av elektroner fortgår ända tills elfältet som uppstår p.g.a. laddningarnas
omfördelningupphäverkondensatornsfältinneicylindern.Cylinderparetharpolariserats.
1p.
b)Dåcylindrarnaharåtskiltsfrånvarandraochkondensatornurladdats,försvinnerkonden‐
satorns elfält. Elektronerna påverkas då inte längre av en kraft mot vänster. Elfältet som
uppstått p.g.a. laddningens omfördelning försöker förskjuta elektroner mot höger och ut‐
jämnacylindrarnasladdning.
1p.
Eftersom cylindrarna är skilda från varandra, kan inte de elektroner som blivit över för‐
skjutastilldenhögracylindernochcylindrarnasladdningarbibehålls.
1p.
c) Dåcylindrarnasammanförsförskjutselektronermothögeravfältetsombildadesdåladd‐
ningenomfördelades.Förskjutningenfortgårändatillsladdningarnaharutjämnatsochcy‐
lindrarnastotalaladdningärnolligen.
1p.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
Uppgift8
a)Idenlångarakaledningengårenelström,ochdärförbildasettmagnetfältkringledningen.
Riktningenfördenmagnetiskaflödestäthetenärvinkelrättgenomslingan.Denmagnetiska
flödestäthetenpåavståndetrfrånledningenär
2
.
1p.
Slingansmittpunktsavståndfrånledningenär5,5cm,såledesärdetmagnetiskaflödetge‐
nomslingan
2
2
.
1p.
Enuppskattningavinduktionsspänningenfåsmedhjälpavinduktionslagen
∆
∆
0
∆
∆
∆
2
2
2 ∆
4 ∙ 10
1p.
N
A ∙ 0,010m ∙ 2,0A
2 ∙ 0,055m ∙ 1 ∙ 10 s
0,0007273V
0,7mV
1p.
b)Induktionsspänningen minskar om ledningen förs längre bort från slingan, eftersom det
magnetiskaflödetgenomslinganavtardåavståndetökar.
1p.
Induktionsspänningenminskardåledningenellerslinganflyttassåattledningensmagnet‐
fältärparallelltmedslingansplan.Ingetmagnetisktflödegårdågenomslingan.
1p.
Ävenandrafysikalisktmotiveradekorrektasvargodkänns.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
Uppgift9
a) F → O
b) 18F‐isotopenssönderfallskonstantär
1p.
⁄
.
Provetsaktivitet45minuterefterattdettillverkatsär
.
Aktivitetenförprovetdirektefterattdettillverkatsvar
,
⋅
332,15950MBq
330MBq
2p.
c) Halveringstiden för fluor‐18 isotopen är kort och provets aktivitet avtar därför snabbt.
Provet måste ges till patienten så fort som möjligt för att provets aktivitet ska vara till‐
räckligthögförattavbildningenskalyckas.
1p.
Patientenutsättsförstrålningendastunderenkorttiddåmananvänderprovmedkort
halveringstid,eftersomprovetsaktivitetsjunkersnabbt.Dettaminskardenegativaeffek‐
ternaavstrålningensomuppstårmedtiden,dådetradioaktivaämnetförbliripatientens
kropp.Halveringstidenfårintevaraförkort,såattundersökningenintekangenomföras
medan aktiviteten är på en tillräcklig nivå. En alltför lång halveringstid ökar den totala
strålningsdosensompatientenutsättsför.
1p.
Fluorkärnan sönderfaller genom att emittera en positron. I vävnad är positronens räck‐
viddkort.Dåpositronenstöterpåsinantipartikelelektronenannihileraspositronenoch
elektronen.Iannihilationenuppstårtvågammakvantum.VidPET‐avbildningobserverar
mangammastrålning,somlättträngerigenomvävnad.
1p.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
Uppgift10
a) Lådanaccelererarfrånvilatillbandetshastighet .
Denaccelererandekraftensomverkarpålådanärrörelsefriktionen mellanlådanochbandet.
Impulsprincipen:
∆ ∆ , ⁄
,
∙ ,
0,33978933s
⁄
1p.
0,34s
1p.
ELLER:
Påbandetpåverkaslådanavrörelsefriktionen,somgerlådanaccelerationen(NewtonII)
0,45 ∙ 9,81
4,4145 .
1p.
Lådangliderintelängrepåbandetdålådanshastighetärlikastorsombandetshastighet.
Eftersomrörelsefriktionenärkonstant,accelererarlådanlikformigt,dvs.
, ,
0,339789s
0,34s.
1p.
b) Sträckans,somlådanrörsigiförhållandetillmarkendådenglider,ärsträckansomrö‐
relsefriktionenutförarbetepålådan.Arbetetsomrörelsefriktionskraftengörärlikastort
somförändringenilådansrörelseenergi.
∆
1
2
∙ , ⁄
0,254842m
0,45 ∙ 9,81 m⁄s
0,25m
1p.
Medanlådangliderrörsigplatsenpåbandetdärlådanlandadesträckan
iförhållandetillmarken.Lådanrörsigsträckan
0,254842m
1,5 m⁄s ∙ 0,33978933s
0,254842m
0,25m
iförhållandetillbandet.
1p.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
c) Dåmanobserverarsituationenfrånenpositionbredvidbandet,accelereraslådanlikfor‐
migtavfriktionskraften.Kraftenseffektärdå
,
därhastigheten ökarlineärtfrånnolltillbandetshastighet
1,5 ,ochP=99,3W.
Dettavisasigraf1.
Graf1.
1p.
Då man observerar situationen från bandet rör sig lådan först med hastigheten
1,5 ,ochslutligenärlådanivilaiförhållandetillbandet.Eftersomlådansaccele‐
rationärlikformig,ändrarfriktionskraftenseffektlineärtfrånbegynnelse‐tillslutvärdet.
Dettavisasigraf2.
Graf2.
1p.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
Uppgift11
a) Våglängdsområdetförsynligtljusär400–700nm.
I grafen kan man observera att toppintensiteten för en svart kropp med temperaturen
2700Kliggervidvåglängden1400nm.Såledesärstörstadelenavintensiteteninomdet
infrarödavåglängdsområdet.
1p.
Med andra ord är största delen av strålningen som glödlampan producerar värmestrål‐
ningochendastenlitendelavenerginomvandlastillsynligtljus.
1p.
Denstörstadelenaveleffektengåråttillattvärmaupplampansdelar.
1p.
b) Dåtemperaturenförensvartkropphöjsökardentotalaintensitetenistrålningsspektret
fråndensvartakroppenkraftigt.(Dentotalaintensitetenärproportionellmottempera‐
turensfjärdepotens.)
⅔p.
Intensitetstoppen förskjuts mot kortare våglängd, d.v.s. från det infraröda området mot
detsynligaljusetsområde.
⅔p.
Förutominfrarödstrålningbörjarkroppenutstrålasynligtljusochultraviolettljuskrafti‐
garenärdensvartakroppenstemperaturökar.
⅔p.
Dålampansfärgtemperaturär2700K,ärljusetsomdenutsändergulaktigt,eftersomgult
ochröttljusdominerarspektret.
⅓p.
Dåfärgtemperaturenökastill3000K,ärljusetvarmtvitt.Andelengröntljusökar. ⅓p.
(Ögatsrelativafärgkänslighetinverkarsåattvåglängdersomärkortareänröttseskrafti‐
gareändetintensivarerödaljusetsomharenlängrevåglängd.)
Då färgtemperaturen är 3500 K, innehåller spektret det synliga ljusets alla våglängder.
Ljusetärklartvitt.Enännuhögrefärgtemperaturskullegöraljusetblåaktigt.
⅓p.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
Uppgift+12
en konstant. Då är grafen som avbildar
a) För komponenter som följer Ohms lag är
polspänningensomfunktionavströmmeniett(I,U)‐koordinatsystemenlinjesomgårge‐
nomorigo.
1p.
Glödlampansochzenerdiodensgraferärintesådanagraferochkomponenternaföljerså‐
ledesinteOhmslag.
1p.
b) Englödlampalyserdåelströmmensomgårgenomdenavvolframgjordatunnaglödtrå‐
den uppvärmer tråden så att den glöder. Glödtrådens temperatur beror på elströmmen
somgårgenomtråden.
1p.
Metalltrådens statiska resistans
ökar då temperaturen ökar. Med andra ord, ju
större absolutbeloppet på strömmen genom lampan är desto brantare blir glödlampans
(I,U)‐graf.
1p.
c)
Glödlampansgrafärnågotosymmetriskiförhållandetillorigo.Detberorpåosymmetrini
temperaturförändringarna då lampan uppvärms och svalnar. Då elströmmens och spän‐
ningens absolutvärden ökar, uppvärms lampan och den blir klarare. Då är temperaturen
helatidennågotlägrep.g.a.glödtrådensvärmekapacitetänvaddenskullevaravidstatiska
strömochspänningsvärden.Påsammasättsvalnarochavmattaslampandåelströmmens
och spänningens absolutvärden minskar, och glödtrådens temperatur är hela tiden litet
högreänvaddenskullevaramedstatiskaström‐ochspänningsvärden.
1p.
.
Genomlampanochzenerdiodengårenlikastorström.
Mansökermedhjälpavgrafernaettvärdeförströmmenförvilket
⅓p.
⅓p.
3,5V.⅓p.
Dettavillkoruppfyllsdå
StrömmenärdåI=0,165A.
2,7Voch
0,8 .
⅓+⅓p.
⅓p.
d) Glödlampansfunktionärinteberoendeavelströmmensriktning,
ochlampanlysersåledesintedå| | 0,075A.
⅓p.
⅓p.
0,075A:
⅓p.
0,075A:
0,40V
0,55V
0,75V
1,15V
3,10V
3,65V
Lampanlyserinte,dåströmkällanspolspänningärinom
intervallet 3,65V 1,15V.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
⅓p.
⅔p.
Uppgift+13
Isvaretskamannämnafyraenergikällor(sammanlagt1p.).
Ivarjefallskaenergikällansuppkomstochutnyttjandebeskrivas(1p.perfall)samtdefysika‐
liskafenomensomhörtillvarjefall(1p.perfall).
Vattenkraft
Strålningfrånsolenfårvattenivärldshavenattavdunstaochvattnetsamlastillmoln.Poten‐
tialenergin i jordens gravitationsfält för det avdunstande vattnet ökar. Vindarna för molnen
bortfrånområdetovanförhaventillhögtbelägnaområdenovanförkontinenterna,därvatt‐
netkommernersomregn.Ivattenkraftverksombyggtsiflodersommynnarutihavetom‐
vandlasvattnetspotentialenergitillrörelseenergi.Detströmmandevattnetroterarenturbin,
somärkoppladtillenelgenerator.Generatornproducerarelenergimedhjälpavelektromag‐
netiskinduktion.
Solenergi
Solenergi är energi som solen utstrålar och som används direkt som antingen elenergi eller
värmeenergi.Energinsomsolenutstrålarkansamlasinmedantingensolcellerellersolfång‐
are.Solelektricitetproducerasvanligtvismedsolcellersomärbyggdaavhalvledaresomför‐
vandlarsolensstrålningtillelenergi.Iensolcellgerettljuskvantumupphovtillettelektron‐
hål‐par,somsamlasinelektroder.Laddningsseparationensomdåuppstårkanutnyttjassom
elenergi.
Vid soluppvärmning används solens energi till att värma bruksvatten eller inomhusluften.
Värmentastillvaramedhjälpavsolfångare,därstrålningfrånsolenabsorberasiettmedium
ochhöjermedietstemperatur.Värmenledstillenvärmeväxlarevarifrånvärmentransporte‐
rastillanvändningsplatsenellersparasienvärmeackumulatorsominreenergiförattanvän‐
dassenare.
Vindkraft
Strålning från solen ger upphov till temperatur‐ och tryckskillnader i atmosfären. Då dessa
utjämnas uppstår strömmar i atmosfären, dvs. vindar. Rörelseenergin i luftströmmarna kan
utnyttjasförattroterapåbladeniettvindkraftverk.Bladenärviaenaxelkoppladetillenel‐
generator.Generatornproducerarelenergigenomelektromagnetiskinduktion.
Fossilabränslen(stenkol,naturgasocholja)ochtorv
Växtlighetochväxtplanktonhargenomfotosyntesomvandlatsolensstrålningsenergitillke‐
miskenergi.Stenkolharuppståttundermiljonerårochunderhögttryckdåväxterharför‐
multnat mellan jordlager. Olja och naturgas har på samma sätt uppstått under hav av växt‐
materialochsmåhavsorganismer.Torvharuppståttdåväxtmaterialundertusentalsårfått
förmultnaundersyrelösaförhållanden.
Genomattförbrännafossilabränslenikraftverk,kanmanproduceravärmesomkananvän‐
das direkt, eller användas för att driva en värmekraftmaskin som producerar elenergi med
hjälpavelektromagnetiskinduktion.Oljaanvändsocksåallmäntsomettråmaterialinomke‐
miskindustri.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
Bioenergiochflis
Biobränslekallasbränslensomframställtsavorganisktmaterial.Energinsomfinnsbundeni
dessaharsittursprungiväxtersfotosyntes,därenerginisolljussparassomkemiskenergi.
Biobränsle,somt.ex.flis,kantorkasochförbrännassomsådantikraftverk.Dåerhållerman
värme eller elenergi med hjälp av en värmekraftmaskin och elektromagnetisk induktion.
Biobränslen kan också vidareförädlas till biogas och bränslen i vätskeform, som t.ex. etanol
ochdiesel,somkananvändssombränslet.ex.ibilar.
Jordvärme(värmefrånmarken,vattendragochluften)
Solensstrålningvärmerjordensytlagerochatmosfär.Värmeverkansträckersignågratiotals
meterunderjordytan.Värmefrånjordensytlagerkansamlasinochtransporterasförutnytt‐
jandemedhjälpavvärmepumpar.Ivärmepumpariledningsnätsomdragitsimarkenelleri
vattendragströmmarettämnesomförångasvidlågatemperaturer.Dåämnetförångasbinder
det energi till sig, som kan utnyttjas i en värmeväxlare. En luftvärmepump fungerar med
sammaprincip,medskillnadenattvärmensamlasfrånutomhusluften.Värmesomsamlasin
frånområdendjuptinneijordskorpanärgeotermiskenergi,somintehärrörsigfrånsolen.
Vågenergi
Värmeinverkanfrånsolstrålningengerocksåupphovtillströmningarivärldshaven.Vågornas
rörelseenergi,somuppståttpådettasätt,kananvändasförattdrivaenelgenerator,somisin
turkanproduceraelenergimedhjälpavelektromagnetiskinduktion.Tidvattenenergihärrör
sigihuvudsakfrånmånensdragningskraftochorsakassåledesinteavsolen.
Provetifysik30.3.2016Beskrivningavgodasvar
