Kursprov Fysik 1 HT 2015 Delprov A: Teoriuppgifter

Figuren visar v-t grafen för ett föremål som faller fritt på en nyupptäckt planet. Bestäm föremålets acceleration.

Ett framtida rymdskepp färdas mot en avlägsen stjärna. Rymdskeppet åker
mycket snabbt, med $75\text{ }\%$75 % av ljushastigheten $c$c.

Vilken hastighet mäter astronauten på det inkommande ljuset från stjärnan?

Karolina kastar en kula rakt uppåt. Kulan har massan $0,382$0,382 kg.
Karolina ritar en graf över hur kulans potentiella energi $E_P$E_P beror
av höjden $h$h, se diagram nedan.

a) Karolina vill skriva ut värdet för maximala potentiella energin i rutan i
diagrammet. Vad ska hon skriva?

b) Rita in i diagrammet ovan hur kulans kinetiska energi $E_K$E_K beror av
höjden. Bortse från friktionsförluster.

En liten kula med massan $1,0\cdot10^{-12}$1,0·10⁻¹² kg och laddningen $+1,0$+1,0 nC hålls
svävande i ett homogent elektriskt fält mellan två horisontella plattor, se
figuren.

a) Rita in minst tre fältlinjer som beskriver det homogena elektriska fältet
mellan plattorna i figuren nedan.

b) Beräkna den elektriska fältstyrkan mellan plattorna.

Bilden visar en väderballong som precis har släppts iväg. Ballongen är fylld med vätgas och tillsluten. Väderballongen tar med mätinstrument högt upp i atmosfären där de kan utföra mätningar.

När väderballongen stiger uppåt expanderar den för att så småningom explodera.
Ge en fysikalisk förklaring till varför ballongen expanderar.
(Eftersom ballongen släpps iväg en mycket kall vinterdag bortser vi från
gasens temperaturförändring i ballongen under stigningen.)

Olle bor utanför Uppsala men arbetar i centrum. Runt staden är det öppna fält med åkermark. När han cyklar hem från jobbet på eftermiddagen har han ofta motvind. Olle påstår att detta beror på att det då är varmare inne i staden än runt omkring.

Hur kan motvinden förklaras utifrån Olles påstående?

En sommardag dyker Amanda ner i en sjö och hämtar musslor på $2,0$2,0 meters djup. Vätsketrycket ger upphov till en kraft på örats trumhinna. Trumhinnan har radien $5,0$5,0 mm.

Hur stor kraft orsakar vätsketrycket på Amandas trumhinna?

En glödlampa är märkt $6,3$6,3 V/$0,32$0,32 W.
Du ska planera ett experiment för att kontrollera effektutvecklingen hos
glödlampan vid märkspänningen. Din planering ska vara så tydlig att en
klasskamrat kan använda den för att genomföra experimentet.

Du har tillgång till varierbar spänningskälla, voltmeter, amperemeter,
glödlampa och sladdar.

Din planering ska innehålla:

• ett kopplingsschema,
• en kortfattad beskrivning av hur försöket ska genomföras. Uppge även de
  mätningar som behöver utföras och de samband som behöver användas för
  att kontrollera effektutvecklingen.

En planka släpas längs marken. Dragkraften är $85$85 N och bildar $40^{\circ}$40^∘ vinkel mot
marken enligt figur. Plankan har massan $21$21 kg.

a) Hur stort arbete uträttar dragkraften då plankan släpas $6,0$6,0 m?

b) Bestäm normalkraften på plankan då den rör sig med konstant hastighet.
På denna deluppgift kommer din lärare särskilt att bedöma hur väl du
redovisar din lösning.

Efter kärnkraftshaverierna i Fukushima $2011$2011 rapporterades hög radioaktivitet i
vissa livsmedel. Aktiviteten av Jod-$131$131 i mjölk uppmättes till $500$500 Bq/kg vid
mjölkning. Halveringstiden för Jod-$131$131 är $8,0$8,0 dygn.

a) Bestäm aktiviteten i $1$1 kg mjölk $10$10 dygn efter mjölkning.

b) Gränsvärdet för mjölk är $300$300 Bq/kg.
Om man tar hänsyn till gränsvärdet, hur många dygn efter mjölkning bör
man vänta innan man dricker mjölken?

Till ett batteri med spänningen $9,0$9,0 V ansluts fyra resistorer enligt figur.
Punkten $J$J jordas.

a) Bestäm strömmen genom batteriet.

b) Bestäm potentialen i punkten $P$P.

Jussi undersöker accelerationen för skolans hiss. Kraft-tid-grafen nedan visar
en mätning av den normalkraft som påverkar Jussi vid en hissfärd från en
våning till en annan.

a) Hur stor massa har Jussi?

b) Åker hissen upp eller ner? Motivera ditt svar.

c) Beräkna hissens acceleration vid tidpunkten $3,0$3,0 s.

Patienter som har cancer i sköldkörteln behandlas vanligtvis med hjälp av
tabletter innehållande radioaktivt jod. Den radioaktiva substansen tas naturligt
upp av kroppen och lagras i sköldkörteln efter cirka en timme.
Det finns många olika isotoper av radioaktivt jod, tabellen visar några.

För behandling av cancer i sköldkörteln används speciellt isotopen Jod-$131$131.

a) Skriv formeln för sönderfallet av Jod-$131$131. 

b) I tabellen finns även två andra jodisotoper beskrivna. Förklara varför de
är olämpliga att använda för denna typ av behandling.

Då en boll studsar kommer farten precis efter studsen, $v_2$v₂ , att vara mindre än farten precis före studsen, $v_1$v₁. Bollens studsegenskaper kan beskrivas av studskoefficienten $s$s, enligt $s=$s= $\frac{v_2}{v_1}$v₂v₁ .

Planera ett experiment där du gör en noggrann bestämning av
studskoefficienten för en boll som studsar mot ett golv. Din planering ska vara
så tydlig att en klasskamrat kan använda den för att genomföra experimentet.

Du har tillgång till en boll och meterlinjal.

Din planering ska innehålla:

• en kortfattad beskrivning av hur försöket ska genomföras,
• en beskrivning av hur dina mätningar ska genomföras för att kunna
  bestämma studskoefficienten noggrant,
• de samband som behövs för att bestämma studskoefficienten.

Det finns nuklider som i sällsynta fall sönderfaller genom en process där det sänds ut en partikel som är tyngre än en $\alpha$α-partikel. Ett exempel är nukliden $^{223}$²²³ Ra, som normalt sönderfaller med $\alpha$α-sönderfall, men i sällsynta fall i stället sönderfaller genom att sända ut en $^{14}$¹⁴C-kärna.

a) Skriv sönderfallsreaktionen då $^{223}$²²³Ra sänder ut en $^{14}$¹⁴C kärna. 

b) Bestäm den energi som frigörs i sönderfallet. Svara i MeV.

Sönderfall, där $^{223}$²²³Ra avger en $^{14}$¹⁴C- kärna förekommer i genomsnitt endast en
gång per $1200$1200 miljoner $\alpha$α-sönderfall av $^{223}$²²³Ra.

c) Ungefär hur många $^{14}$¹⁴C -kärnor avger $2,0$2,0 g $^{223}$²²³Ra inom en minut?

Det sägs att ett flytande isberg har ca $90\text{ }\%$90 % av sin volym under vattenytan.

a) Rita en figur av isberget och sätt ut krafterna som verkar på det.

b) Stämmer påståendet? Styrk ditt svar med fysikaliska resonemang och beräkningar.
På denna deluppgift kommer din lärare särskilt att bedöma hur väl du redovisar din lösning.

En bil åker längs en motorväg med hastigheten $108$108 km/h och närmar sig en
buss som åker i samma riktning med hastigheten $90$90 km/h. Bilens förare släpper
på gasen när bilen är $35$35 m ifrån bussen och bilens hastighet minskar då med
$0,80$0,80 m/s$^2$².

Hur nära bussen kommer bilen som närmast?

En gevärskula av koppar skjuts in i en hängande träkloss med massan $2,50$2,50 kg, enligt figuren nedan. Kulan har massan $6,37$6,37 g. Den bromsas då upp varpå klossen gungar upp $3,40$3,40 cm. Kulan stannar inuti klossen.

Beräkna hur mycket kulans temperatur maximalt kan öka och diskutera resultatet.