Fysiikan kysymykset - kevät 1987


YLIOPPILASTUTKINTO 25.3.1987 REAALIKOE

1. Raitiovaunua, jonka massa on 36·103 kg, jarrutetaan vaihdetta lähestyttäessä siten, että vaunun nopeus pienenee arvosta 38 km/h arvoon 10 km/h. Tällöin jarruttava voima on 52 kN. Laske a) jarrutukseen kuluva aika ja b) vaunun tänä aikana kulkema matka.

2. Kylmäkoneen (jäähdytyskone, lämpöpumppu) yleinen toimintaperiaate.
Miksi kylmähuoneen jäähdytyselementit sijoitetaan lähelle kattoa? Minkä vuoksi muu osa jäähdytyskoneesta on huoneen ulkopuolella?

3. a) Miten hilan hilvakio määritetään laserilla, jonka valon aallonpituus tunnetaan?
b) Hilaa, jonka hilavakio on 1,250 µm, valaistaan kohtisuorasti Na-valolla. Laske natriumin ns. D-viivojen kulmaero toisen kertaluvun spektrissä, kun viivojen aallonpituudet ovat 589,6 nm ja 589,0 nm.

4. Rakennustelineenä käytettävä tasapaksu lankku on vaakasuorassa kahden tue varassa kuvion mukaisesti. Lankun pituus on 4,80 m ja massa 35 kg. a) Laske lankulla seisovan henkilön massa, kun lankkuun vaikuttava pystysuora tukivoima on kohdassa A 620 N ja kohdassa B 550 N. b) Kuinka lähelle lankun B-tuen puoleista päätä henkilö voi siirtyä ilman, että lankku keikahtaa?

5. Ukkospilven varausjakautuma ajatellaan korvatuksi kolmella pistevarauksella oheisen kuvion mukaisesti. Laske näistä aiheutuva sähkökentän voimakkuus pisteessä P, kun varaukset ovat
Q1 = +40 C, Q2 = -40 C ja Q3 = +10 C ja etäisyydet x = 5,0 km, y1 = 5,0 km, y2 = 2,5 km ja y3 = 5,0 km.

6. Oheisen kuvion mukaisessa kytkennässä kondensaattorin kapasitanssi on 0,45 µF ja käämin induktanssi 150 mH ja resistanssi hyvin pieni. Kondensaattori on ladattu 120 V jännitteeseen. a) Selitä, mitä piirissä tapahtuu katkaisijan K sulkemisen jälkeen. b) Laske käämin läpi kulkevan virran suurin arvo.

7. Vetyatomin energiatilat saadaan lausekkeesta En = -13,60 eV/n2. Atomaarista vetyä sisältävää kaasua viritetään sähkömagneettisen säteilyn avulla. Kuinka suuri saa säteilyn aallonpituus korkeintaan olla, jotta emissiospektrissä näkyisi Balmer-sarjan Hß-viiva (n = 4 n = 2)? Piirrä tarvittava osa vedyn energiatasokaaviota ja merkitse siihen em. virittymistä ja Hß-emissiota vastaavat siirtymät.

8. Perusvuorovaikutukset

9. Kevyen langan varassa riippuvaan pieneen palloon, jonka massa on 22,8 g, osuu vaakasuunnassa luoti, jonka massa on 0,48 g. Luoti pysähtyy palloon. Kuinka suuri täytyy luodin nopeuden vähintään olla, jotta pallo luoteineen alkaisi kiertää ympyrää pystytasossa langan kiinnityspisteen ympäri? Kiinnityspisteen ja pallon keskipisteen välinen etäisyys on 28 cm. Ilman vastusta ei oteta huomioon.

10. Transistorin toiminta ja käyttö

11. Oppilastyössä tutkittiin pariston napajännitteen riippuvuutta paristosta otetusta virrasta.
Esitä mittaukseen sopiva kytkentä.
Eräässä kokeessa saatiin seuraavat tulokset:


I/mA  55  100  150  200  255  302  350  404  450  500

U/V 4,64 4,50 4,40 4,29 4,15 4,09 3,95 3,87 3,74 3,60
Määtitä tulosten perusteella graafisesti pariston sisäinen resistanssi ja lähdejännite.

+12. Ydinenergia ja sen vapauttaminen energian tuotannossa

Tehtävät 13, 14 ja 15 ovat fysiikan yleisen oppimäärän alueelta. Näihin tehtäviin eivät saa vastata oppilaat, jotka ovat opiskelleet fysiikan laajaa oppimäärää enemmän kuin kolme kurssia.

13. Selitä, mihin fysikaalisiin ilmiöihin perustuu a) sulakkeen, b) kompassin ja c) muuntajan toiminta.

14. a) Suomen sähköenergian vuotuinen kulutus on 55 TWh. Tammikuun kovilla pakkasilla tehonkulutus oli suurimmillaan 9,8 GW. Kuinka moninkertainen tämä on keskimääräiseen tehonkulutukseen verrattuna?
b) Kylmimpinä päivinä omakotitaloa lämmitettiin 12 kW sähköteholla. Oletetaan, että lämmitys olisi suoritettu öljyllä. Laske vuorokaudessa kuluva öljymäärä, jos öljyn lämpöarvo on 43 MJ/kg ja siitä saadaan hyödynnettyä 90 %.

15. Radioaktiiviset aineet lähettävät hajotessaan -, ß- ja -säteilyä. Tarkastele vertaillen näiden säteilylajien ominaisuuksia.

©Ylioppilastutkintolautakunta/Internetix 1997