Fysik A
kl. 09.00-14.00
Vejledning til elever
Information om prøven
Prøvens varighed er 5 timer.
Alle hjælpemidler, der ikke giver mulighed for kommunikation med andre personer, computere eller Internettet, er tilladte.
Opgavesættet består af 5 opgaver med i alt 16 delspørgsmål.
Opgavebesvarelsen skal udformes således, at der ikke kan være tvivl om hvad der står, og hvad der ønskes bedømt.
En opgavebesvarelse kan udarbejdes elektronisk, håndskrevet eller som en kombination heraf. Det er tilladt at bruge blyant.
Opgavebesvarelsen skal afleveres på papir. Skolen udleverer papir til opgavebesvarelsen samt notatpapir (kladdepapir) og stiller printere til rådighed til udskrivning af elektroniske besvarelser.
Alt materiale i forbindelse med opgavebesvarelsen afleveres påført navn og eksamensnummer.
Notatpapir (kladdepapir) rettes ikke og indgår ikke i bedømmelsen.
Ved bedømmelsen gives en karakter ud fra en helhedsvurdering af besvarelsen med udgangspunkt i en lige vægtning af de 16 delspørgsmål.
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.
Hvor intet andet er angivet, er billedmateriale og figurer produceret af opgavekommissionen.
Opgave 1
Opladning af tablet
Figur 1.1 viser en tablet sat til opladning.
Figur 1.1. Tablet tilsluttet adaptor.
Tabletten er udstyret med et Li-Polymer batteri på 4,8 V, 3000 mAh. Adaptoren som oplader tabletten på figur 1.1 kan levere en strømstyrke på 2,0 A ved en spænding på 5,0 V.
| a) | Hvor stor effekt kan adaptoren levere på udgangen? |
| b) | Bestem den elektriske energi, som batteriet indeholder når det er fuldt opladet. Resultatet skal angives i enheden J. |
Når batteriet oplades, flyttes elektroner fra pluspolen til minuspolen af batteriet.
| c) | Hvor mange elektroner flyttes under en opladning fra helt afladet til helt opladet batteri? |
Opgave 2
Frossen flaske
Figur 2.1 viser en hård plastflaske med noget vand i, og figur 2.2 viser flasken efter et par døgn i dybfryseren.
 |
 |
| Figur 2.1. Flaske med vand | Figur 2.2. Flaske med is |
Flaskens rumfang er 520 cm3, og der er fyldt 230 cm3 vand ved en temperatur på 20oC i flasken. Atmosfæretrykket er
101 kPa.
Luften og isen i den frosne flaske har temperaturen -18oC.
Når vand fryser til is, øges rumfanget af vand med 10%.
| a) | Bestem trykket af luften i den frosne flaske. |
Den specifikke varmekapacitet for is er 2040 J/(kg⋅K)
| b) | Hvor stor en energimængde har fryseren fjernet fra vandet i flasken? |
Opgave 3
Brandbekæmpelse
Figur 3.1. Brandmanden og det brændende hus.
Figur 3.1 viser en brandmand, der er ved at slukke en brand i et hus ved hjælp af en sprøjte. Vandet forlader sprøjten i en stråle med en udgangshastighed på 19,0 m/s.
| a) | Hvor højt over sprøjten vil vandet nå, hvis brandmanden retter sprøjten lodret op? |
Afstanden mellem brandmanden og ydermuren er 12,0 m. For at ramme en vinduesåbning i ydermuren, skal brandmanden holde sprøjten i en vinkel på 24,5o med vandret.
| b) | Beregn den højde over sprøjten, som vinduesåbningen befinder sig i. |
På et senere tidspunkt, hvor taget og loftet er gennembrændt, vil brandmanden ramme 4,0 m indenfor ydermuren i samme højde som sprøjten. Det vil han gøre ved at styre strålen gennem det udbrændte tag og loft ned i bygningen.
Brandmanden befinder sig nu 4,5 m fra ydermuren. Ydermuren har en højde på 5,0 m over sprøjten.
| c) | Bestem den vinkel i forhold til vandret, som brandmanden skal holde sprøjten i. |
Opgave 4
Den hule kugle
I et eksperiment trilles 2 forskellige kugler ned af et skråplan. Kuglernes hastighed måles med en bevægelsessensor. Et fotografi af opstillingen ses på figur 4.1.
Figur 4.1. Den gule kugle på skråplanet. Bevægelsessensoren ses til venstre i billedet.
Målinger af hastigheden som funktion af tiden for de to forsøg findes i Excel filen her
Målingerne kan også findes som kommasepareret fil her og som mellemrumssepareret fil her
Begge kugler har samme ydre diameter på 25,0 mm, men er lavet af forskellige materialer. Den hvide kugle har massen 19,26 g, og den gule kugle har massen 19,85 g. Skråplanets vinkel med vandret er 3,55 grader.
| a) | Tegn en skitse af en kugle, som ruller ned ad et skråplan med angivelse af retning og angrebspunkt for de kræfter, der virker på kuglen. |
| b) | Tegn en graf, der viser hastigheden som funktion af tiden for forsøget med den gule kugle, og bestem kuglens acceleration ved hjælp af grafen. |
| c) | Den ene af kuglerne er massiv og den anden er hul indvendig. Hvilken farve har den hule kugle? Begrund svaret. |
På et tidspunkt ruller den hvide kugle med hastigheden 0,54 m/s.
| d) | Bestem den hvide kugles translationsenergi og rotationsenergi til dette tidspunkt. |
Opgave 5
Interferens i en tyndfilm
Figur 5.1 viser et fotografi af en siliciumplade. Figur 5.2 viser et fotografi af en tilsvarende plade, der er blevet pålagt et tyndt gennemsigtigt polymerlag, også kaldet en tyndfilm. Billedet er taget med pladen belyst med hvidt lys, og som det kan ses er pladen med tyndfilmen blevet orange.
 |
 |
| Figur 5.1. En siliciumplade | Figur 5.2. En siliciumplade med tyndfilm på |
| a) | Bestem bølgelængden for lys med frekvensen 520 THz. |
Figur 5.3 viser strålegangen for lys der rammer siliciumpladen med tyndfilmen i figur 5.2.
Lysstrålen har indfaldsvinklen 10o, og tyndfilmen har brydningsindeks 1,49. En del af lyset reflekteres fra tyndfilmen (bølge 1), og resten brydes i tyndfilmens overflade og reflekteres fra siliciumpladen (bølge 2).
Figur 5.3. Skitse af strålegangen i tyndfilmen
| b) | Bestem brydningsvinklen for lysstrålen i tyndfilmen. |
Når bølge 1 og bølge 2 forlader tyndfilmen, interfererer de. Figur 5.4 viser den samlede reflektion som funktion af lysets bølgelængde, når indfaldsvinklen er 0 grader. Ved konstruktiv interferens måles en kraftig reflektion, og ved destruktiv interferens måles en svag reflektion.
På figur 5.4 aflæses, at den største bølgelængde, der giver destruktiv interferens, er 1502 nm.
Figur 5.4. Reflektionen som funktion af bølgelængden
| c) | Bestem tykkelsen af tyndfilmen. |
Figur 5.5 viser et udsnit af figur 5.4 svarende til det synlige område af det elektromagnetiske spektrum. Øjet har forskellig følsomhed overfor forskellige bølgelængder. I figuren er øjets lysfølsomhedskurve vist med grønt.
Figur 5.5. Øjets lysfølsomhedskurve sammen med et udsnit af figur 5.4.
| d) | Forklar ud fra figur 5.5, hvorfor øjet ser siliciumpladen med tyndfilmen som orangefarvet. |