Fysik A




Gammel ordning

Torsdag den 23. maj 2019
kl. 09.00-14.00

Information om prøven



Prøvens varighed er 5 timer.

Alle hjælpemidler er tilladt. Brug af internet er ikke tilladt. Det er ikke tilladt at kommunikere under prøven.

Opgavesættet består af 5 opgaver med i alt 15 delspørgsmål.

Opgavebesvarelsen skal afleveres elektronisk som pdf-fil på netprøver.dk. Papirmateriale kan ikke afleveres og indgår ikke i bedømmelsen.

Ved bedømmelsen gives en karakter ud fra en helhedsvurdering af besvarelsen med udgangspunkt i en lige vægtning af de 15 delspørgsmål.

Opgavebesvarelsen skal udformes således, at der ikke kan være tvivl om hvad der står, og hvad der ønskes bedømt.

Ved helhedsvurderingen lægges der vægt på elevens evne til at

- argumentere detaljeret og klart ud fra fysikkens love,
- præsentere resultaterne overskueligt med enheder, også i mellemregninger, og med passende afrundinger,
- kommentere resultaterne og herved afgøre, om et facit lyder rimeligt.


Kildeangivelse

Hvor intet andet er angivet, er billedmateriale og figurer produceret af opgavekommissionen.



Opgave 1



Gymnast


Under en sekvens i en konkurrence hænger en gymnast stille i ringene som vist på figur 1.1.

Tyngdekraften på gymnasten er 619 N.

a) Bestem gymnastens masse.

De to snore, som ringene sidder fast i, er 3,00 m lange, og i loftet er de fastgjort 50 cm fra hinanden. Når gymnasten hænger som vist på tegningen er ringene skubbet 174 cm fra hinanden. Se skitsen på figur 1.2.

Gymnastens tyngdepunkt har samme afstand til de to ringe.

b) Bestem størrelsen af snorkraften i hver af snorene.
figur_1_1_1_2 Figur 1.1. Gymnast. (Kilde: gymnastics.blogfa.com) 50 cm 3,0 m 174 cm Figur 1.2. Skitse.




Opgave 2



Emhætte


Figur 2.1 viser en moderne emhætte til montering i et køkken.

Figur 2.1. Emhætte.
(Kilde: www.thermex.dk)

Ifølge emhættens datablad er motoreffekten på 130 W, og emhætten er udstyret med to LED-lamper med en effekt på 3 W hver.

Emhætten forventes at køre med fuld effekt i gennemsnitlig 45 minutter hvert døgn og have lyset tændt gennemsnitlig 6 timer hvert døgn.

a) Bestem emhættens forventede årlige energiforbrug i kWh.

Når emhætten kører med fuld effekt, suger den ifølge databladet 860 m3 luft ud hver time. Luftens temperatur er 22 °C, og dens tryk er 101,3 kPa.

b) Vis, at der suges ca. 9,9 mol luft ud hvert sekund.

Luften, der suges ud af emhætten, skal erstattes af frisk luft. Denne luft kommer normalt ind i boligen udefra gennem ventilationsåbninger, utætheder, revner og sprækker, og når det er koldt udenfor, skal denne luft varmes op.

En vinterdag er temperaturen udendørs -5 °C.

c) Bestem den ekstra varmeeffekt, boligen skal tilføres for at holde temperaturen indendørs på 22 °C, når emhætten kører med fuld effekt.




Opgave 3



Lysmåler


Figur 3.1 viser en lysfølsom modstand, der ændrer sin elektriske resistans når den belyses.


Figur 3.1. Lysfølsom modstand.

Regnearket her indeholder sammenhørende målinger af lysstyrken (der i praksis måles i enheden lux) og resistans for den lysfølsomme modstand.(Findes også som kommasepareret fil her eller som mellemrumsepareret fil her).

a) Lav en graf, der viser resistansen som funktion af lysstyrken fra 13 lux og opefter.

Figur 3.2 viser, hvordan den lysfølsomme modstand kan anvendes som lysmåler i et simpelt elektrisk kredsløb.

figur_3_2 U R1 Lys R2 V
Figur 3.2. Kredsløbsdiagram over lysmåleren.

Modstanden R1 er den lysfølsomme modstand, og spændingsfaldet over modstanden R2 måles med et voltmeter.

Forsyningsspændingen U er 11,0 V, og resistansen af R2 er 500 Ω.

b) Hvad viser voltmeteret, når lysstyrken er 324 lux?

c) Indtegn voltmeterspændingen som funktion af lysstyrken i et koordinatsystem, og vurdér om voltmeterspændingen med god tilnærmelse er proportional med lysstyrken.




Opgave 4



Helmholtz’ spole


Figur 4.1 viser en Helmholtz’ spole, der består af to seriekoblede flade spoler. På figur 4.2 ses en skitse, hvor pilene viser, hvilken vej strømmen løber i spolerne.

figur4_1_4_2 Figur 4.1. Helmholtz' spole. (Kilde: Labworld.co.uk) Y I I P x r r Figur 4.2. Skitse med strømretning.

a) Forklar, hvilken vej B-feltet peger i punktet P.

Størrelsen af B-feltet i punktet P kan udregnes med formlen

formel_opg4

hvor N er antallet af vindinger i hver af de flade spoler, I er strømstyrken, og r er radius i de flade spoler.

For de viste spoler er N = 124, og spolernes radius er 14,8 cm.

b) Hvad skal strømstyrken indstilles til, hvis man ønsker en magnetisk fluxtæthed på 2,00 mT?

I punktet P placeres en lille målespole med 80 vindinger og et tværsnitsareal på 3,14 cm2 vinkelret på x-aksen. Helmholtz-spolen påtrykkes en sinusformet vekselstrøm med maksimalværdi 2,00 A og frekvens 50 Hz.

c) Bestem maksimalværdien af den inducerede spænding over målespolen.




Opgave 5



Plæneklipper


Nogle plæneklippere er udstyret med en kniv med et langt og et kort blad som vist på figur 5.1. På figur 5.2 ses kniven monteret på plæneklipperen.

Figur 5.1. Kniven placeret på en træplade.
Bladene står vinkelret på hinanden, men på grund af kameraets vinkel kan de se lidt skæve ud.
  Figur 5.2. Kniven monteret direkte på motorens aksel.

Kniven består af et langt og et kort blad vinkelret på hinanden. Det lange blad har længden 47 cm og det korte blad har længden 29 cm. Begge blade har bredden 5 cm og er lige tykke.

Hele knivens masse er 1100 gram.

a) Bestem massen af det lange blad og massen af det korte blad.

Når plæneklipperen er startet, roterer kniven med vinkelhastigheden 370 s-1.

b) Hvilken fart har spidsen af det lange blad?

c) Bestem en tilnærmet værdi for knivens rotationsenergi, og forklar hvilke tilnærmelser du gør.

Pludselig kører kniven på en sten, og der slås en flig med massen 1,0 gram af den ene ende af det lange blad. Da plæneklipperen startes igen, ryster den fordi kniven ikke længere er i balance.

d) Med hvor stor en vandret kraft vil kniven påvirke den roterende aksel på grund af denne ubalance?