Cím: Megoldásvázlatok a 2016/8. szám emelt szintű fizika gyakorló feladatsorához
Szerző(k):  Varga Balázs 
Füzet: 2016/december, 562 - 564. oldal  PDF file
Témakör(ök): Szakmai cikkek

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Tesztfeladatok
123456789101112131415CACCCBCCBCDDBAC  
 

Számolásos feladatok

 
1. Amikor elfújunk a jobb oldali szár fölött, ott a levegő nyomása Δp=12ϱlevegővlevegő2 értékkel lecsökken (Bernoulli-törvény). Ha a jobb oldali szárban a víz szintje megemelkedik, akkor a bal oldaliban ennyivel csökken, így a vízszintek különbsége Δh=2 mm lesz. A csőben lévő víz egyensúlyban van, a vízszintek különbségéből származó hidrosztatikai nyomás pótolja a jobb oldali szár fölötti nyomáscsökkenést:
ϱvízgΔh=Δp=12ϱlevegővlevegő2.
Behelyettesítve az adatokat a keresett áramlási sebességre kapjuk:
vlevegő=2gΔhϱvízϱlevegő5,5ms.

 
2. A fénynyaláb az első törősíkra merőlegesen érkezik, ezért ott nem változtat irányt. A prizma átfogójára α=45-os beesési szöggel érkezik, és β törési szöggel megy tovább. A keresett távolság az AB szakasz hossza.

 
 

Az AB távolság meghatározható az ABA* derékszögű háromszögből az A*A szakasz és az A*AB szög ismeretében. Ehhez az A*A szakasz hosszát az A*B*A egyenlő szárú derékszögű háromszögből határozhatjuk meg, a keresett szög pedig megegyezik β-val, ami a Snellius‐Descartes törvényből számolható.
A*A=21,0cm14mm.sinβsin45=1,386,innenβ=78,5.


Mivel
AB=A*Bcosβ=2,8mm,  
a nyaláb szélessége 7,2 mm-rel csökkent. Ez az eredeti szélesség 72 százaléka.
 

3. a) A melegítő hőteljesítménye
P=UIη=230V6,5A0,751120W.  
A víz felmelegítéséhez szükséges hő
Q=cmΔT=4,2kJkg K0,5kg80K=168kJ.
Másrészt Q=PΔt, amiből a melegítés időtartama Δt150 s, azaz 2,5 perc.
b) A jégkása jegét 168 kJ hő olvasztja meg. Q=Ljégmjég, amiből a jég tömegére 0,5 kg-ot kapunk. A jégkása fele volt jég, és a víz része maradt nulla fokos, nem vett fel hőt. Tehát a jégkása tömege 1 kg volt.
 
4. Először számoljuk ki a megadott λ hullámhosszakból az f=c/λ frekvenciákat PHz=1015 Hz egységekben:
 
zárófeszültség [V]    21,0    10,6    8,1    6,0  5,5    5,04,0  3,0frekvencia [PHz]  6,0    3,5    3,0    2,5  2,3    2,22,0  1,8
 

A mérési pontokat ábrázolva és a pontokra egyenest illesztve kb. az alábbi ábrát kapjuk:

 
 

(A szaggatott vonallal húzott egyenesek az illesztés kicsiny ,,bizonytalanságát'' próbálják érzékeltetni.)
A zárófeszültség (U) azt jelenti, hogy ekkora feszültségű elektromos ellentér esetén a katódról kilépő elektronok nem jutnak el az anódra. Ekkor ‐ a munkatétel értelmében ‐ a kilépő elektronok mozgási energiája és az ellentér munkájának nagysága megegyezik. Az Einstein-féle fényelektromos egyenlet alapján:
hf=W+eU.
Ebből a zárófeszültség-frekvencia függvény:
U(f)=hef-We.
A grafikonunk meredekségéből (az elemi töltéssel való szorzás után) a Planck-állandót, az U tengellyel való metszéspontjából (e-vel való szorzás után) a kilépési munkát tudjuk meghatározni. A tengelymetszet -(4,0±0,5) V, tehát a cink W kilépési munkája ‐ a mérésünk szerint ‐ 3,5 és 4,5 eV közötti érték. Az egyenes meredeksége (a grafikon alapján folytonos vonala alapján):
he=22+46VPHz4,310-15Vs,
amiből az elektron ismert töltésének ismeretében a Planck-állandó
h4,310-15Vs1,610-19C=6,810-34Js
értékűnek adódik. (A szaggatott vonalak meredekségéből számolva 6,8 helyett 7,0, illetve 6,6 számértékeket kapunk.)