Fysiikan kysymykset - kevät 1990


YLIOPPILASTUTKINTO 21.3.1990 REAALIKOE

1. Hotellin hissi kulkee 1. kerroksesta 20. kerrokseen seuraavasti: ensimmäisen 5,0 m matkan tasaisesti kiihtyen ajassa 2,5 s, seuraavat 44,0 m vakionopeudella ja loppumatkan tasaisesti hidastuen. Kerroksen korkeus on 2,8 m. Laske a) hissin nopeus tasaisen liikkeen aikana ja b) koko matkaan kuluva aika.

2. Jotkut oheisista kuvioista esittävät termodynaamisten koneiden periaatekaaviota. Q1 ja Q2 ovat koneen ja lämpösäiliöiden välillä siirtyviä lämpömääriä. Lämpösäiliöiden lämpötilat ovat T1 ja T2 (T1> T2).

Perustele, mikä kaavioista esittää a) lämpövoimakonetta, b) lämpöpumppua ja c) jääkaappia. d) Mikä kaavioista on lämpöopin 2. pääsäännön vastainen?

3. Kevyen kierrejousen päässäriippuu kappale, jonka massa on 55 g. Kun kappaletta poikkeutetaan tasapainoasemastaan 42 mm alaspäin, tarvitaan 7,8 mJ työ. a) Laske jousen jousivakio. b) Kappale päästetään tämän jälkeen liikkeelle. Kuinka pitkän ajan kuluttua kappaleen nopeus on suurin mahdollinen?

4. Tukki, jonka pituus on 5,0 m, riippuu kahden yhtä pitkän köyden varassa (kuvio). Kun 1,0 m päässä A:sta riippuu 20 kg taakka, on kumpaakin köyttä jännittävävoima 350 N. a) Laske tukin massa. b) Mitkä ovat köysiä jännittävät voimat, kun taakka poistetaan?

5. Pieni hopeoitu korkkipallo, jonka varaus on +3 nC ja massa 0,5 g, pääsee liikkumaan varattuja kappaleita yhdistävässä eristelangassa (kuvio). Kappaleiden varaukset ovat Q1 = +16 nC ja Q2 = +14 nC. a) Palloa pidetään paikallaan pisteessä A. Kuinka suuri sähköinen voima siihen tällöin kohdistuu? b) Pallo päästetään irti. Laske sen nopeus pisteessä B. Kitkaa ei oteta huomioon.

6. Selosta lyhyesti, miten induktioilmiötä käytetään hyväksi seuraavissa laitteissa: a) muuntaja, b) induktiojarru ja c) induktiouuni.

7. a) Nuklidit 66Ni ja 108Ag ovat ß--aktiivisia ja 8B ja 52Fe ß+-aktiivisia. Kirjoita näiden nuklidien hajoamisen reaktioyhtälöt täydellisinä.
b) Hajoamisreaktiossa

          +  

8. Oheiset kuviot esittävät liikkeessä olevia kappaleita ja niihin vaikuttavia voimia. Analysoi kappaleiden liikettä ja perustele, mitkä voimakuviot ovat sopusoinnussa liiketilan kanssa ja mitkä eivät. Tilannetta tarkastellaan maan suhteen levossa olevassa koordinaatistossa, eikä ilmanvastusta oteta huomioon.

9. a) Massaspektrometrin toimintaperiaate on pääpiirteittäin oheisen kaavion mukainen. Selitä kuvaan merkittyjen osien toiminta ionilähteestä A alkaen. Piirrä kaavio, josta ilmenevät tarvittavien sähkö- ja magneettikenttien suunnat.
b) Tutkittaessa tinaa massaspektrometrillä todettiin 114Sn+- ja 115Sn+-ionien osumakohtien etäisyydeksi valokuvauslevyllä 10,2 mm. Laske analysoivan magneettikentän magneettivuon tiheys, kun osassa C (kuvio) sähkökentän voimakkuus on 28,6 kV/m ja magneettivuon tiheys 0,110 T.

10. Viritetyssä tilassa oleva 24Mg-ydin siirtyy emittoimalla fotonin, jonka energia on 1,36853 MeV. Laske ytimen emissiotapahtumassa saama rekyylienergia. Oletetaan, että ydin on levossa ennen emissiota.

11. Alla olevat esimerkit käsittelevät kahta tavallista mittausta. Selosta kumpaankin mittaukseen liittyvää systemaattista virhettä ja suorita laskut.
a) Kalorimetrissä on 0,070 kg vettä. Veteen asetetaan lämpömittari, jonka lämpötila on 19,2 °C ja lämpökapasiteetti 18 J/ °C. Lukemaksi saadaan 47,5 °C. Mikä oli veden lämpötila ennen mittarin asettamista?
b) Keihäänheittotulokseksi saatiin 84,20 m. Mittaus suoritettiin auringonpaisteessa lämmenneellä teräsmittanauhalla, jonka lämpötila mittaushetkellä oli 41 °C. Mikä oli heiton todellinen pituus, kun mittanauha näyttää oikein 20 °C lämpötilassa?

+12. Minkälaisissa tilanteissa röntgensäteilyä syntyy, ja mistä säteilyn syntyminen aiheutuu? Selosta röntgensäteilyn ominaisuuksia ja näistä seuraavia käyttömahdollisuuksia.

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. Kaksi pyöräilijää ajaa suoraa tietä pitkin. Kuvio 1 esittää pyöräilijän P1 paikkaa ajan funktiona ja kuvio 2 pyöräilijän P2nopeutta ajan funktiona. Millaista on pyöräilijöiden liike kuvioihin merkittyinä ajan hetkinä t 1 ja t2?


b) Rinnakkaisilla raiteilla kulkevien veturien A ja B paikka ajan funktiona on esitetty viereisessä kuviossa. Määritä kummankin veturin aikavälinä 0...8 s kulkema matka.

14. Tietosanakirjan mukaan radonin pysyvimmän isotoopin 222Rn puoliintumisaika on 3,8 vuorokautta. a) Selitä, mitä tarkoittavat käsitteet isotooppi ja puoliintumisaika. b) 222Rn-ydin hajoaa lähettäen alfahiukkasen ja gammasäteilyä. Miten ytimen massaluku ja järjestysluku muuttuvat?

15. Energian tuotanto perustuu suurelta osin aineen (esim. öljy, kivihiili) kemiallisen energian tai ydinenergian hyödyntämiseen. Selosta muita mahdollisia energian tuottamistapoja kiinnittäen erityistä huomiota niissä esiintyviin energian muutoksiin.

©Ylioppilastutkintolautakunta/ Internetix 1997-99