Fysiikan kysymykset - syksy 1998


YLIOPPILASTUTKINTO 23. 9. 1998 REAALIKOE

 

1. Miten määrität a) umpinaisen metallisylinterin, b) epäsäännöllisen muotoisen kiven ja c) nesteen tiheyden? Kuvaile kussakin tapauksessa koejärjestely ja tarvittavat mittavälineet. Kiinteät kappaleet ovat noin 100 g:n painoisia, ja nestettä on riittävästi. 
Kuva eri säteilylähteistä

2. Oheinen kuvio esittää suomalaisten elinaikanaan saaman säteilyannoksen jakautumista eri säteilylähteiden kesken. a) Kuvaile radonin kulkeutumista ja terveyshaittoja. b) Anna esimerkkejä säteilyn lääkinnällisen käytön ja luonnon taustasäteilyn aiheuttamasta altistuksesta. 

3. Abiturientti mittasi hissin kiihtyvyyttä digitaalisen henkilövaa'an avulla. Kun hän seisoi hissin lattialla olevalla vaa'alla paikallaan olevassa hississä, vaaka näytti lukemaa 62,0 kg. Hissin liikkuessa alaspäin lukema oli 73,4 kg. Mikä oli hissin kiihtyvyys sillä hetkellä? 

4. Potkukelkka pannaan liikkeelle työntämällä sitä jäällä 2,5 m:n matka vaakasuoralla vakiovoimalla 140 N. Kelkan ja siinä istuvan henkilön massa on yhteensä 65 kg. Jään ja kelkan välinen liukukitkakerroin on 0,036. a) Laske kelkan nopeus työnnön lopussa. b) Kuinka pitkälle kelkka liukuu työnnön loputtua? c) Kuinka suuren työn kitkavoima tekee kaikkiaan? 

5. Sukelluksen alkaessa laitesukeltajan ilmasäiliön paine oli 80 bar ja lämpötila 20 oC, jolloin säiliö painoi 10,505 kg. Sukelluksen jälkeen säiliön lämpötila oli 15 oC, paine 41 bar ja massa 9,992 kg. Kuinka suuri oli säiliön tilavuus? Ideaalikaasuksi oletettavan ilman moolimassa on 29,0 g/mol.  Jousen paikka ajan funktiona

6. Jouseen ripustettiin 500 g:n punnus. Kun punnus värähteli pystysuunnassa jousen päässä, sen paikka ajan funktiona määritettiin ultraäänianturilla (kuva). Värähtelyn vaimennuttua punnus irrotettiin. Kuinka paljon jousi tällöin lyheni? 

7. Avaruusteleskooppi Hubble kiertää Maata 590 km:n korkeudella. Laske Hubblen kiertoaika ja kiihtyvyys. Minkä vuoksi teleskooppi kannattaa sijoittaa avaruuteen? 

Nauhageneraattori

8. a) Miten selitetään kappaleiden varautuminen hankaussähköilmiössä? Mitä haittaa hankaussähköstä voi olla? 
b) Selitä tarkasti, minkä vuoksi nauhageneraattorin positiivisesti varautuvaan kupuun kiinnitetyn metallinapin kärjessä oleva siipiratas (kuvio) pyörii generaattorin käydessä. 
 
 


 9. Rautasydän asetettiin kuvan mukaisesti kahden käämin sisään. Kun käämi 1 kytkettiin funktiogeneraattoriin vastuksen (R = 3,0 W) välityksellä, mitattiin tietokoneeseen yhdistetyllä jänniteanturilla käämin 2 navoista oheisen kuvion mukainen jännite. 
a) Mikä on rautasydämen merkitys tässä koejärjestelyssä? 
b) Esitä perustellen vastuksen päiden välisen jännitteen välinen kuvaaja, kun funktiogeneraattorin syöttämä sähkövirta vaihtelee välillä -67 mA... 

Koejärjestely
Jänniteen kuvaaja
10. Isotooppiherätteinen röntgenfluoresanssianalyysi on kohdetta vahingoittamaton menetelmä, jossa tutkittavaan näytteeseen kohdistettu radioisotoopin gammasäteily saa näytteen atomit lähettämään alkuaineille ominaista röntgensäteilyä. 
a) Miten ominaissäteilyn synty selitetään? 
b) Erään keraamisen suprajohteen koostumusta tutkittiin laboratoriossa 241Am-herätteisellä menetelmällä, jolloin saatiin kuvan röntgenfluoresenssispektri. Päättele oheisen taulukon avulla, mitä alkuaineita kyseinen suprajohde sisältää. 
 

Fluoresenssispektri

Eräitä K-ominaissäteilyn 
energioita
Alku 
aine
EKa / keV EKb / keV
Ti 4,5 4,9
Cr 5,4 5,9
Fe 6,4 7,0
Cu 8,0 8,9
As 10,5 11,7
Br 11,9 13,3
Y 14,9 16,7
Mo 17,4 19,6
Ag 22,1 24,9
Sb 26,3 29,7
Ba 32,1 36,3
Ce 34,6 39,3


11.Tarkastele liikemäärää ja liike-energiaa kahden kappaleen välisessä törmäyksessä. 

12. Kaksi fysiikan tunnilta tulevaa lukiolaista päätti testata pyörimisliikkeen lakeja leikkikentän karusellissa. Herkästi laakeroidun karusellin säde on 1,8 m ja Karusellihitausmomentti pyörimisakselin suhteen 280 kgm2. Aluksi pojat, joiden massat olivat 53 kg ja 58 kg, olivat karusellin ulkoreunalla ja vauhdittivat sen kierrostaajuuteen 20 l/min. Tämän jälkeen he siirtyivät samanaikaisesti 0,40 m:n etäisyydelle karusellin keskipisteestä. Kuinka suuri oli kierrostaajuus siirtymisen jälkeen? Kuinka paljon ja minkä vuoksi systeemin pyörimisenergia muuttui poikien siirtyessä? 

13. Piilasin taitekerroin riippuu valon aallonpituudesta oheisen kuvion mukaisesti. Elohopeapurkausputkesta tuleva valonsäde osuu kohtisuorasti piilasiprismaan (kuvio). Valo sisältää mm. violetin komponentin (aallonpituus 405 nm) ja punaisen komponentin (aallonpituus 690 nm). Prisman taittava kulma j on 34,0 o. Kuinka suuri on violetin säteen ja punaisen säteen välinen kulma prisman läpi kulkeneessa valossa?  Taitekertoimen riippuvuus aallonpituudesta

Jännitteet ajan funktiona

14. Komponentit A ja B kytkettiin sarjassa vaihtojännitelähteeseen. Komponenttien navoista mitattiin oskilloskoopilla samanaikaisesti kuvan mukaiset jännitteet. 
a) Päättele, mitä komponentteja A ja B voivat olla. 
b) Millä ajanhetkellä lähteen jännite on 0 V? 
c) Määritä lähteen tehollinen jännite. 

15. Käytettävissäsi on 4,5 V:n paristolla toimiva taskulamppu, elektroniikan komponentteja (vastuksia, kondensaattoreita, diodeja, transistoreita), kuparilankaa ja kompassi. Olet saanut 6 voltin akun, josta ei selviä, kumpi napa on positiivinen. Esitä kaksi menetelmää, joilla saat selville akun napaisuuden. 

+16. Interferenssi 

 

©Ylioppilastutkintolautakunta/ Internetix