Fysik A
kl. 09.00-14.00
Opgaver
Opgavesættet består af 7 opgaver med tilsammen 15 spørgsmål.
Svarene på de stillede spørgsmål indgår med samme vægt i vurderingen.
Der er 3 bilag.
Opgaverne
Opgave 1: Kort gammaglimt
Opgave 2: Hundehalsbånd med lys
Opgave 3: Halveringstid for 60Fe
Opgave 4: Luna 24
Opgave 5: Fodbold
Opgave 6: Store magnetfelter
Opgave 7: Bænkpres
Følgende hjælpemidler forudsættes:
Databog fysik kemi (F&K Forlaget), 11. udgave (2007) eller senere udgave.
Opgave 1: Kort gammaglimt
Rumteleskopet Fermi overvåger konstant himlen for at detektere gammastråling. I august 2020 observerede astronomer det hidtil korteste gammaglimt, som kun varede et sekund.
Det hidtil korteste observerede gammaglimt fandt sted i en galakse, hvis nuværende afstand fra Jorden er 8,87·109 lysår.
| a) | Med hvilken fart bevæger denne galakse sig væk fra Jorden? |
Figuren viser en del af spektret for galaksen med markering af to spektrallinjer A og B. Spektrallinjen B kommer fra hydrogen og har laboratoriebølgelængden 486,1 nm.
| b) | Bestem laboratoriebølgelængden for spektrallinjen A. |
Opgave 2: Hundehalsbånd med lys
Et hundehalsbånd med lys indeholder et antal lysdioder forbundet til et batteri. Man klipper et passende antal lysdioder af for at tilpasse halsbåndet til hundens størrelse.
Et kredsløb i et hundehalsbånd med lysdioder indeholder en resistor R med resistansen 5,00 Ω. Den maksimale effekt, hvormed der må afsættes energi i resistoren, er 0,25 W.
| a) | Beregn strømstyrken igennem resistoren, når den afsatte effekt er maksimal. |
Resistoren sidder i et kredsløb med seks ens lysdioder og et batteri som vist i diagrammet.
Grafen viser, hvordan strømstyrken I gennem en lysdiode afhænger af spændingsfaldet Ulysdiode over den.
Når hundehalsbåndet lyser, er spændingsfaldet over lysdioderne 2,72 V.
| b) | Bestem spændingsfaldet U over batteriet, når hundehalsbåndet lyser. |
Opgave 3: Halveringstid for 60Fe
Jernisotopen 60Fe er radioaktiv og har en halveringstid på nogle millioner år. 60Fe dannes til sidst i nogle stjerners livsforløb, og kendskab til halveringstiden giver viden om stjerneudvikling.
Isotopen 60Fe er radioaktiv.
| a) | Opskriv reaktionsskemaet for henfaldet af 60Fe. |
I 2015 gennemførte forskere eksperimenter, som førte til en forbedret værdi for halveringstiden for 60Fe.
Forskerne anvendte en prøve af 60Fe med massen 0,643 μg. Efter 4,00 år var der ved henfaldet af 60Fe i prøven blevet dannet 6,22 · 109 datterkerner.
| b) | Bestem den forbedrede værdi for halveringstiden for 60Fe ud fra forskernes målinger. |
Opgave 4: Luna 24
Luna 24 er et russisk rumfartøj, der landede på Månen og tog en lille måneprøve med tilbage til Jorden. Det var kun den øverste del af fartøjet, som forlod Månen.
Før landingen på Månen bevægede Luna 24 sig i en cirkulær bane omkring Månen med omløbstiden 119 minutter.
| a) | Bestem radius i Luna 24’s bane om Månen. |
Luna 24 forlod Månen i en lodret bevægelse. Ved starten af opstigningen havde Luna 24 massen 520 kg. Løfteraketten brugte 46 kg brændstof i løbet af de første 10 s af den lodrette bevægelse. Udstødningsfarten var 3,07 km/s.
| b) | Hvor stor var Luna 24’s fart 10 s efter opsendelsen fra Månen? |
Opgave 5: Fodbold
Fodbold er en populær sport. I et spark påvirkes bolden af en stor kraft og deformeres voldsomt. Boldens store fart medfører, at luftmodstanden har betydning for boldens bevægelse.
En fodbold har farten 31,1 m/s. Fodboldens formfaktor er 0,26, og dens tværsnitsareal er 0,038 m2.
| a) | Beregn størrelsen af luftmodstanden på fodbolden. |
Bilaget Fodbold er en video, som viser en fod, der sparker til en fodbold. Videoen er optaget med 10000 billeder pr. sekund. Fodbolden har massen 0,435 kg, og dens diameter er 0,22 m.
| b) | Benyt videoen til at vurdere størrelsen af den gennemsnitlige samlede kraft på fodbolden under sparket. |
Opgave 6: Store magnetfelter
Billedet viser en spole med kun én vinding før og efter undersøgelse af materialet niobiumfosfid, NbP, hvis resistans ændrer sig meget, når det befinder sig i et stort magnetfelt. Meget store magnetfelter dannet i spolen varer ofte kort tid, da magnetiske kræfter ødelægger spolen.
Elektronerne, som leder elektrisk strøm i NbP, bevæger sig meget hurtigt. En elektron bevæger sig med farten 290 km/s i et magnetfelt med størrelsen 7,0 T. Magnetfeltet er vinkelret på elektronens bevægelsesretning.
| a) | Bestem størrelsen af kraften fra magnetfeltet på elektronen. |
Det store magnetfelt dannes ved at sende en høj strømstyrke igennem en spole af kobber. Kræfterne fra magnetfeltet ødelægger hurtigt spolen. I løbet af kort tid leverer en spændingskilde energi til spolen. 31 kJ af den tilførte energi går til at opvarme og smelte noget af spolens kobber. Tabellen viser nogle data for kobber.
| Specifik varmekapacitet | 385 Jkg·°C
|
| Smeltepunkt | 1085 °C |
| Specifik smeltevarme | 207 kJkg
|
| b) | Vurdér massen af det kobber, som smelter fra spolen. |
Størrelsen af magnetfeltet i kobberspolen måles med en målespole. Målespolen har 1 vinding og arealet 14 mm2 vinkelret på magnetfeltet.
Grafen viser det inducerede spændingsfald U over målespolen som funktion af tiden t. Til tidspunktet 0 s har magnetfeltet størrelsen 0 T.
| c) |
Bestem størrelsen af magnetfeltet i målespolen til tidspunktet 1,43 μs.
Bilaget Store magnetfelter kan benyttes ved besvarelsen. |
Opgave 7: Bænkpres
Ved bænkpres løfter en person, der ligger på ryggen på en bænk, en vægtstang lodret op.
Ved et bænkpres løftes en vægtstang med massen 61,2 kg.
| a) | Beregn størrelsen af tyngdekraften på vægtstangen. |
Ved bænkpresset måles vægtstangens lodrette fart v og størrelsen af den lodrette kraft F fra personen på vægtstangen som funktion af tiden t fra løftets begyndelse.
Målingerne er vedlagt i bilaget Bænkpres.
| b) | Bestem ved hjælp af bilaget den maksimale effekt, hvormed personen udfører arbejde på vægtstangen under bænkpresset. |
Bilag
Bilag til opgave 5: Fodbold.mp4
Bilag til opgave 6: Store magnetfelter.pdf
Bilag til opgave 7: Bænkpres.xlsx
Billedhenvisninger
Opgave 1:
NASA
Opgave 2:
Thomas Laustsen
Opgave 3:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Keplers_supernova.jpg
Opgave 4:
https://phys.org/news/2012-06-soviet-moon-1970s-west.html
Opgave 5:
https://completesoccerguide.com/soccer-shooting-tips/
Opgave 6:
https://www.researchgate.net/profile/Nikolai-Puhlmann/publication/231069282/
Opgave 7:
The Physics Teacher 57, 450 (2019)