Fysiikan kysymykset - syksy 1993


YLIOPPILASTUTKINTO 15.9.1993 REAALIKOE

1. Oheiset kuviot esittävät a) jyrkkää mäkeä alas liukuvaa kelkkaa ja b) pomppivaa palloa. Jäljennä kuviot paperiisi ja piirrä niihin kappaleiden nopeus- ja kiihtyvyysvektorit sekä kappaleisiin vaikuttava kokonaisvoima. Selitä myös (uuden voimakuvion avulla), mistä osavoimista kokonaisvoima koostuu.

2. a) Arkhimedeen laki kaasuissa.
b) Timantti punnitaan vaa'alla, jonka teräspunnusten tiheys on 7,80 g/cm3, jolloin massaksi saadaan 6,2015 g. Tulos korjataan ottamalla huomioon ilman erilainen noste timanttiin ja punnuksiin. Mikä on korjattu punnitustulos, jos timantin tiheys on 3,52 g/cm3 ja ilman tiheys 1,20 g/dm3?

3. Äänilevyn pyörimisnopeus on 33,3 kierrosta minuutissa. Levysoittimen neula värähtelee levyn urassa olevien kohoumien vaikutuksesta. Kuinka suuri on kohoumien välimatka levyn ulkolaidalla (14 cm etäisyydellä keskipisteestä) ja sisälaidalla (7,5 cm etäisyydellä keskipisteestä), kun syntyvän äänen taajuus on 1) 200 Hz ja 2) 8,0 kHz?

4. a) Selosta lyhyesti, mitä tarkoitetaan kappaleen hitausmomentilla.
b) Kahdella metallipallolla on sama säde ja massa. Toinen palloista on ontto. Kuinka saat selville palloja rikkomatta, kumpi on ontto?
c) Minkävuoksi uimahyppääjä suorittaa moninkertaiset volttinsa kerien?

5. Kiertokäämimittarin kokonaisresistanssi on 10,0 ja suurin näyttämä 30 mA. Mittariin halutaan 300 mA ja 3 A näyttöalueet, jolloin käytetään sivuvastuksia 1 ja 2 kuvion mukaisesti. a) Määritä resistanssit R1 ja R2. b) Onnistuuko näyttöalueen laajennus vastuksilla, joiden tehonkesto on 0,25 W?

6. Selosta lyhyesti a) vaihtogeneraattorin ja b) muuntajan periaate.

7. Raskaan alkuaineen atomissa on sisimmän elektronikuoren (K-kuoren) elektroneilla keskenään sama energia, kuten vastaavasti myös seuraavien kuorien eli L- ja M-kuoren elektroneilla (likimäärin). Kuva A esittää kadmiumatomin elektronien yksinkertaistettua energiatasokaaviota. Kuvassa B on röntgensäteilyn spektri, joka on syntynyt kiihdytetyn protonisuihkun osuessa vanhaksi väitetyn taidemaalauksen pinnassa olevaan väriaineeseen (hiukkasherätteinen röntgenemissio eli PIXE). Spektrin perusteella väriaine osoittautui kadmiumpunaiseksi, mikä paljasti taulun tällä vuosisadalla maalatuksi. Mitkä spektrin piikeistä kertovat näytteen sisältävän kadmiumia? Sijoita näitä vastaavat siirtymät energiatasokaavioon.

8. Veturi jarruttaa kaarteessa, jonka kaarevuussäde on 540 m. Sen nopeus pienenee tasaisesti 95 km/h 60 km/h ajassa 11 s. Määritä veturin kiihtyvyys (suuruus ja suunta nopeusvektoriin nähden) jarrutuksen alku- ja loppuhetkellä. Piirrä kuvio, josta ilmenevät veturin em. nopeus- ja kiihtyvyysvektorit.

9. Kun käämi kytkettiin tasajännitelähteeseen (E = 6,2 V, Rs 0) hetkellä t = 0, saatiin muistioskilloskooppia käyttäen oheinen kuvio.
a) Selitä, miksi käämin läpi kulkeva virta muuttuu kuvion mukaisesti.
b) Kuinka suuri on käämin resistanssi?
c) Määritä induktiojännite hetkellä 40 ms ja laske sen perusteella käämin induktanssi.

10. Röntgenfotoni, jonka energia on 32,2 keV, törmää levossa olevaan vapaaseen elektroniin ja siroaa takaisin tulosuuntaansa. Kuinka suuren liike-energian elektroni saa törmäyksessä, ja kuinka suuri on sironneen fotonin energia?

11. Suunnittele koejärjestely a) kuperan linssin ja b) koveran linssin polttovälin määrittämiseksi.

+12. Ionisoivan säteilyn ilmaisimet. Tarkastele asiaa erityisesti säteilysuojelun kannalta, ts miten saadaan selville säteilyn voimakkuus ja laatu sekä se, mistä radioisotoopista säteily on peräisin.

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. a) Mistä seikoista riippuu ilmassa tai vedessä liikkuvaan kappaleeseen vaikuttava väliaineen vastus?
b) Anna esimerkkejä tilanteista, joissa väliaineen vastusta käytetään hyväksi.

14. Kivi pudotetaan korkealta sillalta. Vastaa lyhyesti perustellen, mikä seuraavista kuvioista esittää parhaiten putoavan kiven a) nopeutta ajan funktiona, b) kiihtyvyyttä ajan funktiona ja c) potentiaalienergiaa ajan funktiona.

15. Miten yksityinen kansalainen voi vähentää energian kulutusta. Tarkastele ehdottamiasi toimenpiteitä fysiikan kannalta ja arvioi niiden merkitystä koko energiataloudelle.

©Ylioppilastutkintolautakunta/ Internetix 1997-99