*M * FIZIKA. Izpitna pola 2. Sreda, 1. september 2004 / 105 minut. [ifra kandidata: JESENSKI ROK

Transcript

1 [ifra kandidata: Dr `avni i zpitni center *M4411* JESENSKI ROK FIZIKA Izpitna pola Sreda, 1. september 4 / 15 minut Dovoljeno dodatno gradivo in pripomo~ki: kandidat prinese s seboj nalivno pero ali kemi~ni svin~nik, svin~nik HB ali B, plasti~no radirko, {il~ek, `epni ra~unalnik in geometrijsko orodje. Kandidat dobi dva ocenjevalna obrazca. SPLO[NA MATURA NAVODILA KANDIDATU Pazljivo preberite ta navodila. Ne obra~ajte strani in ne re{ujte nalog, dokler vam nadzorni u~itelj tega ne dovoli. Prilepite kodo oziroma vpi{ite svojo {ifro v okvir~ek desno zgoraj na tej strani in na obrazca za ocenjevanje. Odgovore vpisujte v izpitno polo z nalivnim peresom ali kemi~nim svin~nikom. ^e bodo napisani z navadnim svin~nikom, bodo to~kovani z ni~ to~kami. Izpitna pola vsebuje pet enakovrednih strukturiranih nalog. Izberite {tiri naloge in jih po re{evanju ozna~ite v seznam na tej strani, in sicer tako, da obkro`ite {tevilke nalog, ki ste jih izbrali. ^e izbrane naloge ne bodo ozna~ene, bo ocenjevalec ocenil prve {tiri naloge, ki ste jih re{evali Vpra{anje, ki zahteva ra~unanje, mora v odgovoru vsebovati ra~unsko pot do odgovora, z vsemi vmesnimi ra~uni in sklepi. Poleg ra~unskih so mo`ni tudi drugi odgovori (risba, besedilo, graf...). Pri ra~unanju uporabite podatke iz periodnega sistema na ~etrti strani izpitne pole. Zaupajte vase in v svoje vam veliko uspeha. Ta pola ima strani. C RIC 4

2 M KONSTANTE IN ENAČBE, KI VAM BODO V POMOČ težni pospešek hitrost svetlobe osnovni naboj atomska enota mase Avogadrovo število splošna plinska konstanta g = 9, 81 m s 8 1 c = 3, 1 m s 19 e = 1, 6 1 A s 7 u = 1, 66 1 kg = 938 MeV c N A 6 1 = 6, 1 kmol R = 8, 31 1 J kmol K gravitacijska konstanta G 11 = 6, 67 1 N m kg influenčna konstanta indukcijska konstanta ε = 8, 85 1 A s V m µ = 4π 1 VsA m Boltzmannova konstanta k 3 1 = 1, 38 1 J K Planckova konstanta Stefanova konstanta h = 6, 63 1 J s = 4,14 1 ev s 8 4 σ = 5, 67 1 W m K GIBANJE s = vt s = vt at s = v t + v = v + at v = v + as 1 ω = π ν = π t v = ωr a r = ω r s = s sin ωt v = ωs cos ωt a = ω s sin ωt SILA mm F = G r t 3 r F 1 = konst. = ks F = ps F = k F t n F = ρgv F G = ma = mv F t = G M = r F p = ρgh ENERGIJA A= F s W W k p mv = = mgh ks Wpr = A P = t A= W + W + W k p A= p V ρv p + + ρgh = konst. pr

3 M ELEKTRIKA e I = t ee F = 4 π F = ee 1 ε r Ae U = E s = e e σe = S σe E = ε e = CU ε S C = l CU We = We we = V ε E we = U = RI ζl R = S P = UI MAGNETIZEM F = Il B F = IlBsin α F = ev B µ I B = π r µ NI B = l M = NISBsin α Φ = B S = BS cos α U = lvb U = ωsbsin ωt U i i i = Φ t Φ L = I µ N S L = l LI Wm = B wm = µ NIHANJE IN VALOVANJE m t = π k l t = π g t = π LC c = λν Nλ sin α = d P j = S E = cb 1 j = ε E c j = j cos α v ν = ν (1 ± ) c ν ν = v 1 c TOPLOTA m n = M pv = nrt l = αl T V = βv T A+ Q = W Q = cm T Q = qm 3 W = kt T P = λs l 4 j = σt OPTIKA c n = c sin α c n = = sin β c n = + f a b 1 1 MODERNA FIZIKA Wf = hν W = A + W Wf = Wn hc λmin = eu W = mc f i k t t 1 N N N e = = ln A = N t 1 λt

4 4 M PERIODNI SISTEM ELEMENTOV I VIII 1,1 4, H He vodik helij 1 II III IV V VI VII 6,94 9,1 relativna atomska masa 1,8 1, 14, 16, 19,, Li Be simbol B C N O F Ne litij berilij ime elementa bor ogljik dušik kisik fluor neon 3 4 vrstno število , 4,3 7, 8,1 31, 3,1 35,5 4, Na Mg Al Si P S Cl Ar natrij magnezij aluminij silicij fosfor žveplo klor argon ,1 4,1 45, 47,9 5,9 5, 54,9 55,9 58,9 58,7 63,6 65,4 69,7 7,6 74,9 79, 79,9 83,8 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr kalij kalcij skandij titan vanadij krom mangan železo kobalt nikelj baker cink galij germanij arzen selen brom kripton ,5 87,6 88,9 91, 9,9 95,9 (97) Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe rubidij stroncij itrij cirkonij niobij molibden tehnecij rutenij rodij paladij srebro kadmij indij kositer antimon telur jod ksenon (9) (1) () Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn cezij barij lantan hafnij tantal volfram renij osmij iridij platina zlato živo srebro talij svinec bizmut polonij astat radon (3) (6) (7) (61) (6) (66) (64) (69) (68) Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt francij radij aktinij rutherfordij dubnij seaborgij bohrij hassij meitnerij cerij 58 3 torij prazeodim 59 (31) protaktinij neodim 6 38 uran 9 (145) prometij 61 (37) neptunij samarij 6 (44) plutonij Lantanoidi Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu evropij 63 (43) Aktinoidi Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr americij gadolinij 64 (47) kirij terbij 65 (47) berkelij disprozij 66 (51) kalifornij holmij 67 (54) ajnštajnij erbij 68 (57) fermij tulij 69 (58) mendelevij iterbij 7 (59) nobelij lutecij 71 (6) lavrencij 13

5 M OBRNITE STRAN

6 6 M NALOGA V sredino dolge tuljave damo magnetnico, ki je vrtljiva v vodoravni ravnini. N S N S S Slika 1: Stranski ris Slika : Tloris Gostoto magnetnega polja v tuljavi spreminjamo s spreminjanjem toka skozi tuljavo. Pri vsaki gostoti magnetnega polja magnetnico malo izmaknemo iz ravnovesne lege, jo spustimo in izmerimo frekvenco, s katero niha. Rezultate meritev zapišemo v tabelo in narišemo graf, ki kaže, kako je frekvenca nihanja magnetnice odvisna od gostote magnetnega polja. B [ mt] [ 1 ν s ] 1, 1,11, 1,59 3, 1,89 4,, 5,,5 6,,86 7,,94 [ ν s ] ν 1 s 1 1 B [ mt] Iz oblike grafa sklepamo, da je kvadrat frekvence sorazmeren z gostoto magnetnega polja, in želimo ta sklep preveriti. 1. Dopolnite tabelo v tretjem stolpcu z izračunanimi vrednostmi kvadrata frekvence magnetnice.

7 M Narišite graf, ki kaže, kako je kvadrat frekvence, s katero niha magnetnica, odvisen od gostote magnetnega polja v tuljavi. Narišite premico, ki se najbolje prilega meritvam. (3 točke) 3. Na premici označite dve točki, odčitajte njuni koordinati in iz njih izračunajte smerni koeficient premice. Ne pozabite zapisati enote smernega koeficienta. ( točki) 4. Zapišite enačbo, ki povezuje kvadrat frekvence nihanja magnetnice, smerni koeficient premice in gostoto magnetnega polja v tuljavi.

8 8 M Vir napetosti odklopimo. Magnetnica zaniha v smeri sever jug z nihajnim časom 4, s. 5. Z uporabo enačbe, ki ste jo zapisali pri 4. vprašanju te naloge, izračunajte gostoto magnetnega polja Zemlje. ( točki) Relativna napaka smernega koeficienta premice v grafu ν ( B) je 5 %. Relativna napaka frekvence, s katero niha magnetnica v magnetnem polju Zemlje, je 1 %. 6. Kolikšna je relativna napaka izračunane gostote magnetnega polja Zemlje?

9 M OBRNITE STRAN

10 1 M NALOGA 1. Z enačbo zapišite izrek o gibalni količini in pojasnite količine, ki nastopajo v njem. Hitrosti zelo hitrih in lahkih izstrelkov merimo z balističnim nihalom. Nihalo sestavlja klada iz mehkega lesa z maso, 5 kg, ki je obešena na 4, m dolgi vrvi. V klado prileti izstrelek, se vanjo zarije in nihalo zaniha. Z merjenjem amplitude nihaja lahko ugotovimo hitrost izstrelka pred trkom s klado.. Kolikšna je frekvenca nihanja balističnega nihala, če ga obravnavate kot nitno nihalo? Ko se v balistično nihalo zarije izstrelek z maso, g, nihalo zaniha z amplitudo 1 cm. 3. S kolikšno hitrostjo se nihalo giblje skozi ravnovesno lego? 4. Z uporabo izreka o ohranitvi gibalne količine izračunajte hitrost izstrelka pred trkom s klado. ( točki)

11 M Za koliko se je med trkom spremenila skupna kinetična energija izstrelka in klade? ( točki) Zaradi trenja se med neprožnim trkom s klado izstrelek segreje. 6. Za koliko stopinj se je segrel izstrelek, če je specifična toplota snovi, iz katere je izstrelek, J kg K? Gretje klade zanemarimo. ( točki) Če sta klada in izstrelek izolirana, se po daljšem času temperaturi klade in izstrelka izenačita. 7. Za koliko je skupna temperatura klade in izstrelka po trku višja od začetne temperature pred 1 1 trkom, če je specifična toplota lesa J kg K?

12 1 M NALOGA 1. Ali je zvok transverzalno ali longitudinalno valovanje? Nad 38, 3 cm visoko menzuro s premerom 8, cm je zvočnik, ki oddaja ton s frekvenco Hz. Poleg njega je nameščen mikrofon, ki je priključen na osciloskop, kakor kaže slika.. Kolikšna je valovna dolžina zvoka, ki ga oddaja zvočnik? Računajte, da je hitrost zvoka v 1 zraku 34 m s. 3. Za dva nihaja narišite graf, ki kaže, kako se napetost na osciloskopu spreminja s časom. Amplituda napetosti na mikrofonu je 1, V. U [ V] t [ ms] ( točki)

13 M V menzuri lahko nastane stoječe zvočno valovanje. Opišite, kako nastane. Ko dolivamo vodo v menzuro, se gladina vode dviguje. Mikrofon zaznava izmenično močnejši in šibkejši zvok. Vsakokrat, ko mikrofon zazna močnejši zvok, na menzuri s črto označimo višino gladine vode. 5. Kolikšna je razdalja med črtami, ki smo jih med poskusom narisali na menzuro? 6. Kolikšna je prostornina vode, ki jo moramo naliti v menzuro, da se gladina dvigne od ene do druge črte? Prvič slišimo ojačen zvok, ko je menzura prazna. 7. Kolikšno je razmerje med višino menzure in valovno dolžino zvoka, ki ga oddaja zvočnik? 8. S sliko predstavite stoječe valovanje v prazni menzuri. Na sliki s križci označite, kje so vozli stoječega valovanja. Koliko vozlov stoječega valovanja je v prazni menzuri? ( točki)

14 14 M NALOGA 1. Zapišite enačbo, s katero lahko izračunamo gostoto magnetnega polja v okolici dolgega, ravnega vodnika, po katerem teče električni tok, in poimenujte količine, ki nastopajo v enačbi. Na krajišča dveh enakih izoliranih aluminijastih palic pritrdimo žice, s katerimi lahko palici povežemo z izvorom enosmerne napetosti. Eno palico pritrdimo na podlago, druga pa je prosto gibljiva med vodili, kakor kaže slika. l = 4 cm pozitivni pol + negativni pol. Zapišite izraz za silo med dolgima, vzporednima vodnikoma dolžine l, po katerih teče električni tok, in poimenujte količine, ki nastopajo v enačbi. 3. Na sliki s puščicami označite smer toka v palicah tako, da bo sila med njima odbojna. 4. V sliko dorišite povezave med baterijo in palicama tako, da bo sila med palicama odbojna. (Konce vodnikov lahko povežete s pozitivnim polom akumulatorja, z negativnim polom ali pa jih povežete med sabo.)

15 M Palici sta dolgi 4 cm in vsaka ima maso, g. 5. Po žicah naj teče tak tok, da bosta palici razmaknjeni za h =1, cm in v ravnovesju. S kolikšno silo F takrat spodnja palica deluje na zgornjo? 6. Kolikšen tok naj teče po palicah, da bosta razmaknjeni za 1, cm? Ker je zgornja palica gibljiva, jo lahko malo izmaknemo iz ravnovesja. Če razdaljo med palicama le malo spremenimo (na h = h + x ), se sila med palicama le malo spremeni, in F sicer na F( x) = F kx. Koeficient k je dan z izrazom k =. h 7. Palico potisnemo navzdol za 1, mm. S kolikšno silo moramo zadrževati palico, da miruje?

16 16 M Palica zaniha okoli ravnovesne lege, ko jo izpustimo. Kolikšna je frekvenca nihanja, če je tok v palicah konstanten? ( točki) 9. Kolikšno delo opravimo, če gornjo palico iz ravnovesne lege dvignemo za 1, mm?

17 M OBRNITE STRAN

18 18 M NALOGA Elektron je v električnem polju z jakostjo 1 4 V m, kakor kaže spodnja slika. 1. Kolikšna električna sila deluje na elektron?. Kolikšen je pospešek elektrona, če nanj deluje le električna sila? Masa elektrona je 31 9,1 1 kg. 3. Za koliko se elektronu v času 6, 1 s spremeni gibalna količina? 4. Za koliko se elektronu v 6, 1 s poveča kinetična energija, če v začetku miruje? ( točki)

19 M Na spodnji sliki je shema rentgenske naprave. Z velikimi črkami so označeni nekateri pomembnejši deli naprave. A B C D 5. Imenujte označene dele rentgenske naprave in pojasnite, kakšno vlogo imajo pri delovanju rentgenske naprave. ( točki) A Naziv: Namen: B Naziv: Namen: C Naziv: Namen: D Naziv: Namen:

20 M Na sliki 1 je spekter rentgenske svetlobe, ki jo seva rentgenska cev. dj dλ dj dλ,1 λ [ nm] Slika 1 Slika,1 λ [ nm] 6. Da bo spekter te rentgenske cevi takšen, kakor kaže slika, moramo narediti spremembo na enem od označenih delov rentgenske naprave. Katerem? 7. Zakaj se pojavijo izraziti vrhovi v spektru rentgenske svetlobe, kakršen je na sliki? Rentgenska cev dela pri napetosti 3, 8 kv. 8. Kolikšna je najkrajša valovna dolžina izsevanih žarkov?