12. klase. Fizikas 64. valsts olimpiādes III posms gada 10. aprīlī

Σχετικά έγγραφα
Kontroldarba varianti. (II semestris)

Gaismas difrakcija šaurā spraugā B C

Rīgas Tehniskā universitāte. Inženiermatemātikas katedra. Uzdevumu risinājumu paraugi. 4. nodarbība

Mehānikas fizikālie pamati

Tēraudbetona konstrukcijas

10. klase 1. uzdevuma risinājums A. Dēļa garums l 4,5 m. sin = h/l = 2,25/4,5 = 0,5 = (2 punkti) W k. s = 2,25 m.

Ievads Optometrija ir neatkarīga redzes aprūpes profesija primārās veselības aprūpes sfērā. Šī profesija vairumā attīstīto valstu tiek regulēta ar

Interferometri

Fizikas valsts 66. olimpiāde Otrā posma uzdevumi 12. klasei

Compress 6000 LW Bosch Compress LW C 35 C A ++ A + A B C D E F G. db kw kw /2013

Testu krājums elektrotehnikā

6.4. Gaismas dispersija un absorbcija Normālā un anomālā gaismas dispersija. v = f(λ). (6.4.1) n = f(λ). (6.4.2)

ESF projekts Pedagogu konkurētspējas veicināšana izglītības sistēmas optimizācijas apstākļos Vienošanās Nr. 2009/0196/1DP/

Jauna tehnoloģija magnētiskā lauka un tā gradienta mērīšanai izmantojot nanostrukturētu atomārās gāzes vidi

2. ELEKTROMAGNĒTISKIE

Rīgas Tehniskā universitāte Enerģētikas un elektrotehnikas fakultāte Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts

Lielais dānis Nilss Bors

Logatherm WPS 10K A ++ A + A B C D E F G A B C D E F G. kw kw /2013

Spektrālaparā un spektrālie mērījumi Lekciju konspekts. Linards Kalvāns LU FMF gada 7. janvārī

LATVIJAS RAJONU 33. OLIMPIĀDE. 4. klase

Laboratorijas darbu apraksts (II semestris)

1. MAIŅSTRĀVA. Fiz12_01.indd 5 07/08/ :13:03

4. APGAISMOJUMS UN ATTĒLI

Labojums MOVITRAC LTE-B * _1114*

6. TEMATS GĀZU LIKUMI. Temata apraksts. Skolēnam sasniedzamo rezultātu ceļvedis. Uzdevumu piemēri. Elektrodrošība izmantojot aizsargzemējumu (PE)

Latvijas Skolēnu 62. fizikas olimpiādes III posms

6.2. Gaismas difrakcija Gaismas difrakcijas veidi

Rekurentās virknes. Aritmētiskā progresija. Pieņemsim, ka q ir fiksēts skaitlis, turklāt q 0. Virkni (b n ) n 1, kas visiem n 1 apmierina vienādību

Īsi atrisinājumi Jā, piemēram, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 4. Piezīme. Uzdevumam ir arī vairāki citi atrisinājumi Skat., piemēram, 1. zīm.

FIZIKĀLO FAKTORU KOPUMS, KAS VEIDO ORGANISMA SILTUMAREAKCIJU AR APKĀRTĒJO VIDI UN NOSAKA ORGANISMA SILTUMSTĀVOKLI

6. LATVIJAS UNIVERSITĀTES ĶĪMIJAS FAKULTĀTES JAUNO ĶĪMIĶU KONKURSA 3.KĀRTAS UZDEVUMU ATBILDES

Lielumus, kurus nosaka tikai tā skaitliskā vērtība, sauc par skalāriem lielumiem.

Andrejs Rauhvargers VISPĀRĪGĀ ĶĪMIJA. Eksperimentāla mācību grāmata. Atļāvusi lietot Latvijas Republikas Izglītības un zinātnes ministrija

Komandu olimpiāde Atvērtā Kopa. 8. klases uzdevumu atrisinājumi

6. LATVIJAS UNIVERSITĀTES ĶĪMIJAS FAKULTĀTES JAUNO ĶĪMIĶU KONKURSA 2.KĀRTAS UZDEVUMU ATBILDES 8.-9.klases uzdevumi

GRAFOANALITISKO DARBU UZDEVUMI ELEKTROTEHNIKĀ UN ELEKTRONIKĀ VISPĀRĪGI NORĀDĪJUMI

1. Testa nosaukums IMUnOGLOBULĪnS G (IgG) 2. Angļu val. Immunoglobulin G

Fizikas 63. valsts olimpiādes. III posms

1. uzdevums. 2. uzdevums

Donāts Erts LU Ķīmiskās fizikas institūts

Elektromagnētiskās svārstības un viļņi

2. PLAKANU STIEŅU SISTĒMU STRUKTŪRAS ANALĪZE

3.2. Līdzstrāva Strāvas stiprums un blīvums

LATVIJAS REPUBLIKAS 38. OLIMPIĀDE

Temperatūras izmaiħas atkarībā no augstuma, atmosfēras stabilitātes un piesārħojuma

P. Leščevics, A. GaliĦš ELEKTRONIKA UN SAKARU TEHNIKA

P A atgrūšanās spēks. P A = P P r P S. P P pievilkšanās spēks

Laboratorijas darbs disciplīnā Elektriskās sistēmas. 3-FAŽU ĪSSLĒGUMU APRĒĶINAŠANA IZMANTOJOT DATORPROGRAMMU PowerWorld version 14

LATVIJAS REPUBLIKAS 45. OLIMPIĀDE

MULTILINGUAL GLOSSARY OF VISUAL ARTS

Elektromagnētisms (elektromagnētiskās indukcijas parādības)

Skolēna darba lapa. Skolēna darba lapa

LATVIJAS 48. NACIONĀLĀ ĶĪMIJAS OLIMPIĀDE (2007)

LATVIJAS NACIONĀLĀ ĶĪMIJAS OLIMPIĀDE RAJONA OLIMPIĀDES UZDEVUMI 9. KLASE

Taisnzobu cilindrisko zobratu pārvada sintēze

ATTĒLOJUMI UN FUNKCIJAS. Kopas parasti tiek uzskatītas par fiksētiem, statiskiem objektiem.

ATTIECĪBAS. Attiecības - īpašība, kas piemīt vai nepiemīt sakārtotai vienas vai vairāku kopu elementu virknei (var lietot arī terminu attieksme).

Elektronikas pamati 1. daļa

Būvfizikas speckurss. LBN Ēku norobežojošo konstrukciju siltumtehnika izpēte. Ūdens tvaika difūzijas pretestība

Atlases kontroldarbs uz Baltijas valstu ķīmijas olimpiādi 2013.gada 07.aprīlī

KOMBINATORIKAS UN VARBŪTĪBU TEORIJAS ELEMENTI. matemātikas profīlkursam vidusskolā

Kā radās Saules sistēma?

5. un 6.lekcija. diferenciālvienādojumiem Emdena - Faulera tipa vienādojumi. ir atkarīgas tikai no to attāluma r līdz lodes centram.

LU A.Liepas Neklātienes matemātikas skola /2011.m.g. sagatavošanās olimpiāde matemātikā

Atrisinājumi Latvijas 64. matemātikas olimpiāde 3. posms x 1. risinājums. Pārveidojam doto izteiksmi, atdalot pilno kvadrātu:

FIZ 2.un 3.daļas standartizācija 2012.gads

Latvijas 53. Nacionālā ķīmijas olimpiāde

fizikā Mācību satura un valodas apguve Mācību līdzeklis skolēnam Ata Krūmiņa Raisa Stunžāne

Komandu olimpiāde Atvērtā Kopa Atrisinājumi 7. klasei

Bioloģisko materiālu un audu mehāniskās īpašības. PhD J. Lanka

ELEKTROTEHNIKA UN ELEKTRĪBAS IZMANTOŠANA

Nacionāla un starptautiska mēroga pasākumu īstenošana izglītojamo talantu attīstībai. Valsts 58. ķīmijas olimpiādes uzdevumi 11.

Laboratorijas darbu apraksts (I semestris)

Latvijas 44. Nacionālā ķīmijas olimpiāde (2003. gads) Teorētiskie uzdevumi.

Agnis Andžāns, Julita Kluša /95. m.g. matemātikas olimpiāžu uzdevumi ar atrisinājumiem

XIX Baltijas Ķīmijas Olimpiāde. Teorētiskie uzdevumi Aprīlis 2011 Viļņa, Lietuva

Ķermeņa inerce un masa. a = 0, ja F rez = 0, kur F visu uz ķermeni darbojošos spēku vektoriālā summa

Uzlabotas litija tehnoloģijas izstrāde plazmas attīrīšanas iekārtu (divertoru) aktīvo virsmu aizsardzībai

Satura rādītājs Apmācīšanās piemērs... 44

Datu lapa: Wilo-Yonos PICO 25/1-6

Datu lapa: Wilo-Yonos PICO 25/1-4

Elektrozinību teorētiskie pamati

LATVIJAS RAJONU 43. OLIMPIĀDE

Irina Vdoviča. Praktisko darbu materiāls Vispārīgā ķīmija Uzdevumi un vingrinājumi

JAUNO ĶĪMIĶU KONKURSA 2.KĀRTAS UZDEVUMI

Eiropas Savienības Oficiālais Vēstnesis L 76/17

Ārtipa uzskaites sadalnes uzstādīšanai ārpus telpām ar 1 un 2 skaitītājiem UAB "ArmetLina"

RĪGAS TEHNISKĀ UNIVERSITĀTE ENERĢĒTIKAS UN ELEKTROTEHNIKAS FAKULTĀTE INDUSTRIĀLĀS ELEKTRONIKAS UN ELEKTROTEHNIKAS INSTITŪTS

Andris Fedotovs Silta fizika aukstā laikā

2011. Latvijas. olimpiāde. piedāvājam. 2. Pie. izteikuma vai. 5. Pēc. kartītē pārsvītro. 9. Darba izpildes. informāciju

Cietvielu luminiscence

LATVIJAS REPUBLIKAS 35. OLIMPIĀDE

5. LATVIJAS UNIVERSITĀTES ĶĪMIJAS FAKULTĀTES JAUNO ĶĪMIĶU KONKURSA 2.KĀRTAS UZDEVUMI

Jauni veidi, kā balansēt divu cauruļu sistēmu

ATRISINĀJUMI LATVIJAS REPUBLIKAS 32. OLIMPIĀDE

EKSPLUATĀCIJAS ĪPAŠĪBU DEKLARĀCIJA

Automātikas elementi un ierīces

Palīgmateriāli gatavojoties centralizētajam eksāmenam ėīmijā

Isover tehniskā izolācija

9-1. uzdevums Maks. 2 punkti Latvijas Republikas gada budžets ir aptuveni 2,0 miljardi latu. Cik moli santīmu ir Latvijas gada budžetā?

Transcript:

Fizikas 64. valsts olimpiādes III posms 2014. gada 10. aprīlī 12. klase Jums tiek piedāvāti trīs uzdevumi. Par katru uzdevumu maksimāli iespējams iegūt 10 punktus. Katra uzdevuma risinājumu vēlams veikt uz atsevišķas rūtiņu lapaspuses. Neaizmirstiet uzrakstīt risināmā uzdevuma un soļa numuru! Baltais papīrs paredzēts melnrakstam to žūrijas komisija neskatīsies. Laiks 180 minūtes. 1. uzdevums Dabā ir sastopami kukaiņi (vaboles), putni (pāvi), čūskas, zivis un citi dzīvi radījumi, kuru krāsu nav iespējams viennozīmīgi noteikt. Vienā brīdī tie izskatās zaļi, citā brīdī zili un arī šie toņi mainās atkarībā no tā, kādā leņķī mēs tos novērojam. Īpaši interesanta ir taureņu suga Zilie morfīdi, kurus var novērot LU botāniskajā dārzā Tropu tauriņu mājā. Šī taureņa spārnam esot kustībā, mēs novērojam zilās krāsas toņu maiņu, līdz tā pilnīgi izzūd, kā tas redzams 1.a) attēlā. Šo krāsas maiņu izraisa spārnu īpašā struktūra, kas redzama 1.b) attēlā. 1. att. Zilais morfīds ar spārniem vaļā un ar spārniem ciet (a). Ar elektronmikroskopa palīdzību uzņemtais spārnu struktūras attēls (b). Attēlu avots: http://www.cavelab.cs.tsukuba.ac.jp/ nsfdtd/morpho/model.html Tuvināti Zilā morfīda spārna pamatelementu var apskatīt kā periodisku paralēlu slāņu struktūru (2. attēls). 2. att. Zilā morfīda spārnu struktūras modelis. Attēla avots: http://emps.exeter.ac.uk/physicsastronomy/research/emag/themes/naturaldisorder/natural-photonics/interferenceinmultilayers/

Katra slāņa laušanas koeficients un biezums doti tabulā. Pirmais slānis (lamella) n l = 1.56 d l = 80 nm Otrais slānis (gaiss) n g = 1.00 d g = 115 nm Tālāk apskatīsim tikai gaismas starus, kuru virziens ir paralēls vai arī ir tikai minimāli novirzīts no normāles virziena. A Kādas krāsas gaisma vislabāk atstarojas no viena atsevišķi ņemta lamellas slānīša? Atbildi pamato ar gaismas viļņa garuma aprēķiniem. Vislabāk atstarojas gaisma ar tādu viļņa garumu λ, kurai izpildās konstruktīvās interferences nosacījums x = mλ, kur m = 1, 2, Gaismas vilnim pārvietojoties vidē ar laušanas koeficientu n, tā viļņa garums samazinās n reizes. Bez tam jāņem vērā, ka vilnim, atstarojoties no optiski blīvākas vides, notiek fāzes lēciens, kas interferences nosacījumā parādās kā pusviļņa zudums. Tātad konstruktīvās interferences nosacījums vienam lamellas slānim Skaitliski pirmajam maksimumam m = 1, kur m = 1, 2, Tā ir zilā gaisma. B Kāpēc nepieciešami vairāki slāņi? No viena slānīša atstarotās gaismas intensitāte ir pārāk maza spilgti izteiktas krāsas novērošanai. Par to var pārliecināties aplūkojot ziepju plēvīti. Krāsas labi redzamas tikai pietiekoši spilgtā apgaismojumā. Katrā slānītī tiek atstarota zināma gaismas intensitātes daļa kā rezultātā pietiekoši daudz slānīšu gadījumā gandrīz visa noteikta viļņa garuma gaisma tiek atstarota. C Kādas krāsas gaisma vislabāk atstarojas no ļoti liela lamellas-gaisa slānīšu skaita, kas sakārtoti viens virs otra (skat. 2a attēlu)? Atbildi pamato ar gaismas viļņa garuma aprēķiniem. Konstruktīvās interferences atdeve būs vislielākā, ja ideālā periodiskā struktūrā konstruktīvās interferences nosacījums izpildās starp jebkuriem diviem slāņiem. Tādēļ ir jāapskata interference viļņiem, kas atstarojas no divām tuvākajām lamellas-gaisa robežvirsmām, kā arī interference viļņiem, kas atstarojas no divām tuvākajām gaisa-lamellas robežvirsmām. Tad, apskatot vairāk nekā divus slāņus, konstruktīvās interferences nosacījumu turpinātu apmierināt tas pats viļņa garums. Konstruktīvās interferences nosacījums abos gadījumos tāpēc sanāk vienāds, jo otrajā gadījumā fāzes lēciens notiek abiem viļņiem. 2(n l d l + n g d g ) = mλ

Ievietojot skaitļus pirmajam maksimumam, iegūstam λ = 2(1,56 80 + 1 115) = 480 nm Sakrīt ar novēroto: 480 nm atbilst gaismai, ko mēs uztveram kā zilas krāsas gaismu. D Ievietojot Zilā morfīda spārnu spirtā, tā krāsa kļūst zaļa (viļņa garums aptuveni 562 nm). Izskaidro, kāpēc. Ievietojot taureņa spārnu spirtā, gaisa slāņa vietā ir spirta slānis. Tā kā spirta laušanas koeficients ir lielāks par gaisa laušanas koeficientu, tad maksimālās atstarošanās koeficients izpildās gaismai ar citu viļņa garumu, ko mēs novērojam kā krāsas maiņu un viļņa garums palielinās. E Aprēķini, cik reizes atšķiras gaismas izplatīšanās ātrums spirtā un gaismas ātrums gaisā! 3. att. Zilā morfīda spārns gaisā (1) un spirtā (2). Gaismas ātrumu attiecība vakuumā un vidē ir laušanas koeficients. Tātad jāatrod n 2 no pirmā maksimuma nosacījuma: Dažādu krāsu gaismas viļņu garumu intervāli ir norādīti sekojošā tabulā:

2. uzdevums Transformatoru veido divas cilindriskas spoles ar vienādu garumu l = 50 cm un vienādu tinumu virzienu. Ārējās (primārās) spoles rādiuss ir r 1 = 10 cm un vijumu skaits N 1 = 100, savukārt iekšējās (sekundārās) spoles rādiuss r 2 = 5 cm un vijumu skaits N 2 = 20. Primārais tinums ir pieslēgts sinusoidālam maiņspriegumam ar amplitūdu U 1 = 100 V un frekvenci f = 100 khz. Spoļu aktīvās pretestības nav vērā ņemamas. Cilindriskas spoles magnētisko lauku var uzskatīt par homogēnu spoles iekšpusē un vienādu ar nulli ārpusē; spoles iekšpusē magnētiskā lauka indukcija ir, kur I ir strāvas stiprums spolē. A Aprēķināt primārā tinuma spoles induktivitāti. Viena spoles vijuma pašindukcijas ε ir Visas spoles pašindukcijas ε veido atsevišķu vijumu ε summa, Spoles induktivitāte Ievietojot skaitļus: B Aprēķināt sekundārajā tinumā inducētā EDS amplitūdu. Transformatora sekundārajai spolei slodze nav pieslēgta. Primārā spole rada homogēnu magnētisko lauku. Sekundārās spoles tinumos strāva neplūst, tāpēc magnētiskais lauks B sekundārajā spolē ir tāds pats kā primārajā. Otrajā spolē inducētais ε:

Šeit M ir vienkārši konstante, lai izteiksmi varētu uzrakstīt īsāk. Pēc analoģijas ar induktivitāti jeb spoles pašindukcijas koeficientu, šo konstanti sauc par savstarpējās indukcijas jeb mijindukcijas koeficientu: Tā kā primārajā ķēdē nav aktīvās slodzes, tad No šejienes izsakām I 1 / t un ievietojam ε 2 izteiksmē: Tātad C Transformatora sekundāro tinumu saslēdz īssavienojumā. Aprēķināt, cik reizes strāvas stiprums sekundārajā tinumā ir lielāks nekā strāvas stiprums primārajā tinumā. Īsslēdzot sekundāro spoli, tajā plūst strāva. Tāpēc šīs spoles iekšpusē summārais magnētiskais lauks atšķiras no pirmās spoles radītā magnētiskā lauka Šajā gadījumā sekundārajā spolē inducējas ε S2, Tā kā šī spole ir īsslēgta, tad katrā laika momentā ε S2 = 0. bet tas iespējams tikai tad, ja MI 1 = L 2 I 2 Tātad D Aprēķināt, cik stipra strāva plūst transformatora primārajā tinumā sekundārā tinuma īsslēguma gadījumā. Lai noteiktu strāvu pirmajā spolē, atradīsim summārā lauka ε S1. Ievietojot atrasto īsslēguma strāvu attiecību, iegūstam

Pēc analoģijas ar induktivitātes definīciju L eff ir transformatora primārās spoles efektīvā induktivitāte sekundārās spoles īsslēguma gadījumā Tātad strāvas amplitūda:

3. uzdevums Kobalta izotopa pussabrukšanas periods ir 5,27 gadi. Tas ir β radioaktīvs un tā sabrukšanas rezultātā rodas stabils niķeļa izotops kā arī tiek emitēts elektrons un antineitrīno : Kodolreakcijā radies Ni kodols ir enerģētiski ierosinātā stāvoklī. Pēc īsa brīža tas izstaro vienu vai divus gamma kvantus un nonāk pamatstāvoklī. A Aprēķināt enerģiju, kas izdalās sabrūkot vienam atomam. Vispirms atradīsim un kodolu masas. Tad atrodam masas izmaiņu, kuru izraisa kodolreakcija Savukārt enerģiju, kas izdalās sabrūkot vienam atomam, atrod pēc Einšteina formulas E = mc 2 = 5,04 10 30 (3 10 8 ) 2 = 4,52 10-13 J = 2,827 MeV B Primitīvākajā radioterapijas metodē uz audzēju tiek vērsts gamma staru kūlis, ko iegūst no sabrūkošiem atomiem. Gamma radioterapijas staru kūļa jauda ir 100 W, un iekārta tiek darbināta 1 minūti. Novērtēt nepieciešamo masu! Kobalta atomu skaits radioaktīvās sabrukšanas rezultātā samazinās pēc likuma Pussabrukšanas periods T 5,27gadi = 5,27 365,25 24 60 60 = 1,66 10 8 s Atradīsim, cik atomu sabrūk vienas sekundes laikā Starojot ar jaudu 100 W, vienas sekundes laikā radioaktīvās sabrukšanas procesā gamma starojumam tiek patērēts enerģijas daudzums E = 100 1 = 100 J Aprēķināsim, cik atomiem jāsabrūk, lai iegūtu šādu enerģijas daudzumu. Novērtēsim pieņemot, ka visa sabrukšanas procesā iegūtā enerģija pāriet gamma starojumā, reāli, tas ir ap 90%. Tātad

Tātad nepieciešams N o atomu Un varam aprēķināt nepieciešamo kobalta masu lielgabalā m = N o m Co = 5,31 10 22 9,95224 10-26 = 52,719 10-4 kg = 5,27 g C Zināms, ka, gamma stariem izejot cauri 10 cm cilvēka ķermeņa audu, to intensitāte samazinās uz pusi. Aprēķināt, cik lielu starojuma enerģiju audzējs ar izmēriem 5 x 5 x 5 mm saņem procedūras laikā. Gamma staru kūlis ir paralēls un tā jauda uz laukuma vienību ir P = 12,73 kw/m 2. un. Elektrona masa masu., bet antineitrīno masa ir ievērojami mazāka par elektrona Aprēķinos var izmantot sekojošu tuvinātu izteiksmi: Lai paraugs ar biezumu x absorbē α x daļu no γ starojuma. Tad paraugam cauri iziet c x daļa starojumam, pie tam c x = α x 1 Ja starojums iet caur diviem slāņiem ar biezumu x, tad cauri iziet c 2x = c x c x = (a x 1) 2 Lai atrastu, kādu daļu starojuma absorbē 5 mm biezs audu slānis, apskatam 10 cm biezu audu slāni, kas absorbē pusi no starojuma, tātad a 10 cm = (1 a 5 mm ) 20 Tātad, 5 mm biezs audu slānis absorbē Rēķinot tuvināti 1 2 0,05 = 1 (1 0,6931 0,05 + 0,2402 0,05 2 ) = 0,0340545 1 2 0,05 = 1 (1 0,6931 0,05) = 0,034655 Savukārt audzējs t = 60 s absorbēs sekojošu enerģijas daudzumu