YLIOPPILASTUTKINTOLAUTAKUNTA      17.9.2003
REAALIKOE

VII FYSIIKKA

  1. Selitä lyhyesti:
    1. Aurinkokunnan rakenne, rakennetta koossa pitävä vuorovaikutus ja rakenneosien liike,
    2. mihin perustuu käsitys maailmankaikkeuden laajenemisesta,
    3. mihin perustuu Auringon energiantuotto ja miten Auringon energiaa siirtyy Maahan.
  2. Oheinen kuva esittää Mäkkylän asemalta liikkeelle lähtevän paikallisjunan nopeutta ajan funktiona. Määritä kuvaajan perusteella a) junan suurin nopeus kuvatulla aikavälillä, b) junan kiihtyvyys hetkellä 24 s ja c) junan keskinopeus aikavälillä 0 - 15 s.

  3. Kappaletta, jonka massa on 0,75 kg, pidetään paikallaan kaltevalla tasopinnalla pinnan suuntaisen jousivaa'an avulla. Missä rajoissa jousivaa'an voimalukema voi vaihdella, kun tason kaltevuuskulma on 39º ja kappaleen ja pinnan välinen lepokitkakerroin on 0,42?
  4. Sadassa grammassa mehujäätä olevan ravinnon energiasisältö on 80 kJ. Kuinka kylmänä mehujää pitäisi syödä, jotta kaikki siitä saatu energia kuluisi mehujään muuttamiseen ruumiinlämpöiseksi (37 ºC)? Mehujäätä voidaan pitää lämpöopillisesti vetenä.
    1. Miten ääni etenee ilmassa?
    2. Mitkä äänen ominaisuudet vaikuttavat keskeisesti kuuloaistimuksen voimakkuuteen?
    3. Miksi äänen voimakkuutta mitataan dB-asteikolla?
  5.  
    Ohessa on Kirsi Kunnaksen runo kokoelmasta Tiitiäisen tuluskukkaro.
    1. Kuka kuuluisa fyysikko oli tarun mukaan puun alla?
    2. Mitä perusvuorovaikutusta ja millaista liikettä runo kuvaa?
    3. Millainen oli omenan vetovoima omenan painoon verrattuna?
    4. Voiko omenan sisällä oleva mato havaita painovoiman putoamisen aikana?

    Putosi omena omenapuusta.
    - Mikä kiihtyvyys! Mikä massa!
    huusi omenamato omenassa.
    - Mikä painovoima kaikkialla,
    Mikä vetovoima omenalla!
    Sen kuuli suoraan madon suusta
    muuan mies puun alla
    ja omenan söi
    ja sillä tiedolla maailman ällikälle löi.

  6. Säätövastuksen kanssa sarjaan kytketty polttimo yhdistettiin kuuden voltin akkupariston napoihin. Kun sopivia mittareita käyttäen tutkittiin polttimon jännitehäviötä sähkövirran funktiona, saatiin oheisen taulukon mukaiset tulokset.

    I/A
    U/V

    0,25
    0,10

    0,50
    0,20

    0,75
    0,31

    1,00
    0,43

    1,25
    0,60

    1,50
    0,77

    1,75
    1,06

    2,00
    1,49

    2,25
    2,04

    2,50
    2,65

    1. Piirrä kytkentäkaavio.
    2. Piirrä U = U(I)-kuvaaja.
    3. Noudattaako polttimon hehkulanka Ohmin lakia? Perustele saamasi tulos.
  7. Alumiinirengas riippuu rautasydämisen käämin lähellä oheisen kuvan mukaisesti. Kytkin on aluksi auki. a) Mitä tapahtuu, kun kytkin suljetaan? Perustele vastauksesi käyttäen sopivia kuvioita, joista ilmenevät kenttien ja virtojen suunnat. b) Kytkin avataan uudelleen. Perustele vastaavalla tavalla, mitä nyt tapahtuu.

  8. Kahden deuteriumytimen törmäysreaktiossa voi syntyä yksi neutroni ja eräs nuklidi.
    1. Kirjoita reaktioyhtälö.
    2. Kuinka paljon energiaa vapautuu yhdessä tällaisessa reaktiossa?
    3. Tavallisen veden vetyatomeista on 0,015 % deuteriumatomeja. Kuinka paljon energiaa vapautuisi, jos yhden vesilitran sisältämä deuterium pystyttäisiin kokonaan käyttämään energian tuottamiseen em. reaktion avulla?
  9. Kelkkamäen profiili on alla olevan kuvan mukainen. Kuvaan merkityt korkeudet ovat: h1 = 18,5 m, h2 = 15 m ja h3 = 9,5 m. Kun kelkka (massa 28 kg) lähtee levosta liukumaan pisteestä P1, se juuri ja juuri selviää alas irtoamatta mäen pinnasta. a) Kuinka suuri on kelkan nopeus pisteessä P3? b) Kuinka suuren työn liikevastusvoimat tekevät, kun kelkka liukuu pisteestä P1 pisteeseen P3?

  10. Perustele, mitkä seuraavista väitteistä pitävät paikkansa ja mitkä eivät:
    1. Positiivisesti varautunut hiukkanen liikkuu tyhjiöön synnytetyssä sähkökentässä aina kenttäviivojen suuntaan.
    2. Varatun onton kuparipallon sisällä ei voi olla sähkökenttää.
    3. Sähköisesti neutraali metallipallo vetää varauksisia hiukkasia puoleensa.
  11. Ympyrävanne (m, R) päästetään vierimään alas kaltevaa tasopintaa, joka muodostaa 48º:n kulman vaakatason kanssa. Kuinka suuri pitää vanteen ja pinnan välisen lepokitkakertoimen olla, jottei vanne liukuisi?
  12. Kun kuperan pallopeilin polttoväli määritettiin kuperan linssin avulla, saatiin seuraavia tuloksia:
    Aluksi kupera linssi muodosti pääakselilla olevasta valaisevasta esineestä terävän todellisen kuvan (K1) 61,0 cm:n etäisyydelle linssistä. Kun tutkittava kupera peili asetettiin linssin ja K1:n väliin 46,8 cm:n etäisyydelle linssistä, saatiin linssin ja peilin väliin sijoitetulle varjostimelle terävä kuva (K2) 10,8 cm:n etäisyydelle linssistä. Kuinka suuri on peilin polttoväli?
    Miksi kuperan peilin polttovälin mittauksessa täytyy käyttää apuna linssiä?

  13. Selosta sähkömagneettisen säteilyn ilmiöitä, joita ei voida selittää säteilyn aaltomallin avulla.
  14. Oheisen kytkennän mukaista virtapiiriä tutkittaessa jännitelähteenä olevan signaaligeneraattorin tehollisjännite oli koko ajan 3,8 V. Kun jännitteen taajuutta muutettiin, sähkövirta muuttui alla olevan taulukon mukaisesti:

    f/Hz
    I/mA

    f/Hz
    I/mA

    50
    0,21

    400
    8,62

    100
    1,00

    450
    5,61

    150
    1,66

    500
    4,12

    200
    2,67

    550
    3,28

    250
    4,41

    600
    2,74

    300
    8,11

    650
    2,36

    320
    10,4

    700
    2,09

    340
    12,3

    750
    1,87

    375
    11,0

    800
    1,70

    1. Esitä graafisesti sähkövirran riippuvuus taajuudesta.
    2. Määritä kuvaajasta piirin resonanssitaajuus.
    3. Laske piirin resistanssi ja käämin induktanssi, kun kondensaattorin kapasitanssi oli 0,32 µF.

+16.
    Selitä lämpöopin toisen pääsäännön sisältö ja lämpövoimakoneen toimintaperiaate.
  1. Jotkin oheisista kuvioista esittävät termodynaamisten koneiden energiavirtakaavioita. Q1 ja Q2 ovat koneen ja lämpösäiliöiden välillä siirtyviä lämpömääriä. Lämpösäiliöiden lämpötilat ovat T1 ja T2 (T1 > T2).

  2. Perustele,

    1. mikä kaavioista on toisen pääsäännön vastainen,
    2. mikä kaavioista voi esittää jääkaappia, kivihiilivoimalaa, lämpöpumppua, vesivoimalaa tai ydinvoimalaa.
  3. Mten voidaan selittää kivihiilivoimalan ja ydinvoimalan hyötysuhteiden erilaisuus?

© Ylioppilastutkintolautakunta / Internetix