Fysik A
Ny ordning
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: Popcornmaskine
Opgave 2: Ioniseret helium
Opgave 3: Ultralydssvejsning
Opgave 4: Køreledning
Opgave 5: Sikkerhedssele
Opgave 6: Helikopter til brandslukning
Opgave 7: Behandling med 169Er
Følgende hjælpemidler forudsættes:
Databog fysik kemi (F&K Forlaget), 11. udgave (2007) eller senere udgave.
Opgave 1: Popcornmaskine
I en popcornmaskine er der en gryde med kokosolie. Når olien er varm, hældes majskerner i gryden, og efter kort tid er popcornene klar.
En popcornmaskine bruger 3,5 minutter på at lave en portion popcorn. Popcornmaskinen omsætter energi med effekten 820 W.
| a) | Beregn den energi, som popcornmaskinen omsætter, mens den laver en portion popcorn. |
Ved tilberedning af en portion popcorn kommes 19,0 g kokosolie på fast form med temperaturen 5,0 °C i popcornmaskinen. Herefter smelter kokosolien og opvarmes til en høj temperatur, inden majskernerne tilsættes.
Kokosoliens termiske energi øges med 8,80 kJ, inden majskernerne tilsættes. Tabellen viser nogle termiske egenskaber for kokosolie
| Termiske egenskaber for kokosolie | |
| Specifik varmekapacitet (fast form) | 2,90 kJkg·°C
|
| Specifik varmekapacitet (flydende form) | 2,10 kJkg·°C
|
| Smeltepunkt | 25,0 °C |
| Specifik smeltevarme | 105 kJkg
|
| b) | Beregn kokosoliens temperatur, når majskernerne kommes i gryden. |
Opgave 2: Ioniseret helium
De kraftigt lysende blå stjerner er meget varme og indeholder helium, som er ioniseret. I lyset fra disse stjerner finder man spektrallinjer fra ioniseret helium.
Lyset fra en spektrallinje fra ioniseret helium har bølgelængden 164,0 nm. Lyset afbøjes i et gitter med gitterkonstanten 5,00 µm.
| a) | Beregn afbøjningsvinklen til 1. orden af lyset med bølgelængden 164,0 nm. |
Figuren viser et forsimplet energiniveaudiagram for ioniseret helium.
Ved overgangen fra niveau B til A udsendes lys med bølgelængden 164,0 nm.
| b) | Hvilken bølgelængde har lyset, som udsendes ved overgangen fra niveau C til B? |
Opgave 3: Ultralydssvejsning
Samling af plastikdele kan ske ved ultralydssvejsning. Delene presses mod hinanden, samtidig med at de sættes til at vibrere med høj frekvens. Friktionen mellem plastikdelene får plastikken til at smelte, og på den måde bliver de svejset sammen.
Ved en svejsning smeltes 0,26 cm3 plastik. Den smeltede plastik har densiteten 0,96 g/cm3.
| a) | Beregn massen af den smeltede plastik. |
Under svejsningen vibrerer materialet med frekvensen 25 kHz og amplituden 30 µm. Friktionskraften mellem plastikdelene, der svejses sammen, har størrelsen 53 N. For at svejse delene sammen skal der tilføres energien 97 J til plastikdelene.
| b) | Vurdér, hvor lang tid svejsningen varer. |
Opgave 4: Køreledning
Mange tog er elektriske, og de forsynes med strøm via køreledninger, som hænger over togene. Både strømstyrken i ledningerne og spændingsfaldet mellem ledningerne og jorden er meget store.
De københavnske S-tog anvender jævnstrøm.
Strømstyrken i en køreledning med resistansen 490 Ω er 300 A.
| a) | Med hvilken effekt afsættes der elektrisk energi i køreledningen? |
DSB’s fjerntog anvender vekselstrøm.
Man kan måle magnetfeltet fra en køreledning til DSB’s fjerntog med en spole.
Man anvender en flad spole med 200 vindinger og tværsnitsarealet 0,038 m2.
Magnetfeltet fra køreledningen er vinkelret på spolen.
Grafen viser spændingsfaldet U over spolen som funktion af tiden t. Magnetfeltet har størrelsen 0 T til tiden t = 0 s.
| b) | Hvor stort er magnetfeltet fra køreledningen omkring spolen til tiden t = 0,0050 s? Bilag Køreledning kan benyttes ved besvarelsen. |
Opgave 5: Sikkerhedssele
Sikkerhedsseler redder mange liv, og de har været lovpligtige på alle pladser i biler siden 1990. For at forbedre sikkerhedsselers funktion har mange biler selestrammere. Hvis bilen kommer ud for et uheld, bliver sikkerhedsselen trukket kortere af selestrammeren.
En bil bremser med en acceleration, som har størrelsen 9,0 m/s2. Bremselængden er 27,4 m.
| a) | Hvor lang tid tager opbremsningen? |
Under en test aktiveres en selestrammer. Bilaget Selestrammer indeholder en video, der viser en selestrammer, der aktiveres. Den sorte selelås er 7,0 cm lang. Videoen er optaget med 28000 billeder pr. sekund.
| b) | Brug bilaget Selestrammer til at vurdere størrelsen af selelåsens gennemsnitlige acceleration, når selestrammeren aktiveres. |
Opgave 6: Helikopter til brandslukning
Helikoptere benyttes ofte til bekæmpelse af skovbrande. Under helikopteren er der ophængt en beholder, som hurtigt kan fyldes med vand og tømmes over skovbranden.
Helikopteren AS350 B3, som bruges i forbindelse med brandslukning, har den maksimale fart 259 km/h. Under en tur med helikopteren flyver den strækningen 17 km med maksimal fart.
| a) | Hvor lang tid bruger helikopteren på at flyve 17 km med maksimal fart? |
På billedet ses en helikopter, der flyver med en tom vandbeholder. Helikopteren flyver vandret med konstant hastighed. Vandbeholderen hænger i en wire, der danner vinklen 57° med lodret. Beholderens tværsnitsareal vinkelret på bevægelsesretningen er 1,2 m2, og dens formfaktor er 0,35. Vandbeholderens masse er 59 kg.
| b) | Indtegn på bilaget Helikopter pile, der viser størrelse og retning af de kræfter, som virker på beholderen under flyvningen.
Vurdér helikopterens fart. |
Opgave 7: Behandling med 169Er
Gigtsmerter i fingerleddene kan lindres ved behandling med 169Er, som tilføres i form af 169Er-citrat.
Isotopen 169Er er radioaktiv.
| a) | Opskriv reaktionsskemaet for det radioaktive henfald af 169Er. |
Produktion af 169Er foregår i en kernereaktor ved beskydning af isotopen 168Er med neutroner. Ved en produktion fremstilles en mængde 169Er med aktiviteten 3,70 GBq. Beskydningen med neutroner varer 21 døgn.
| b) | Bestem produktionsraten for fremstillingen af 169Er. |
Ved en behandling får en patient indsprøjtet stoffet 169Er-citrat med aktiviteten 18,5 MBq i et fingerled. Stoffet optages i væv med massen 1,5 g. Der kan ses bort fra biologisk udskillelse af stoffet fra vævet. Den gennemsnitlige energi afsat i vævet pr. henfald af 169Er er 1,65·10−14 J. Under behandlingen modtager patientens fingerled en absorberet dosis på mindst 100 Gy.
| c) | Beregn, hvor lang tid der går, inden der er afsat 100 Gy i fingerleddet. |
Bilag
Bilag til opgave 4: Køreledning.pdf
Bilag til opgave 5: Selestrammer.mp4
Bilag til opgave 6: Helikopter.pdf
Billedhenvisninger
Opgave 1:
Thomas Risgaard Laustsen
Opgave 2:
eso.org
Opgave 3:
mvplast.dk
Opgave 4:
https://www.piqsels.com/da/search?q=%C3%96BB
Opgave 5:
consumeraffairs.com
Opgave 6:
http://tangentlink.com/wp-content/uploads/2013/05/Benoit-Terral.pdf
Opgave 7:
https://jointflex.com/arthritis-pain-in-hands-and-feet/