Kurs: F0005T — Fysik 2 Datum: 2026-08-28 Examinator: Erik Olsson Källa: originaltentamen · lärarens lösningar Hjälpmedel: miniräknare och Fysika. 6 uppgifter, 18 poäng.
Översikt
VÅG (uppgift 1–3):
- en våg avbildad vid två tidpunkter: fart, tid mellan bilderna och faskonstant (1)
- tre högtalare i rad: ljudnivå, visardiagram och utsläckning (2)
- delvis polariserat ljus genom en polarisator och in i glas vid Brewstervinkeln (3)
MOF (uppgift 4–6):
- glödtråden som svart kropp (4)
- linjespektrum från joniserat helium (5)
- fotoelektrisk effekt kopplad till en elektron i en låda (6), samma uppgift som december 2025 uppgift 4
Så använder du sidan
Försök själv först, med Fysika framme som på tentan. Ledtråd 1 säger vilken sorts uppgift det är och var den står i Fysika, ledtråd 2 (inuti ledtråd 1) ger modellen och ledtråd 3 (inuti ledtråd 2) nyckelsteget eller fällan. Lösning är lärarens lösning med förklaringar mellan stegen; varje formel och tabellvärde har sin Fysika-kod. Där läraren bara gett svaret (seminarieuppgifter) är lösningsgången egen och svaret kontrollerat mot lärarens. Figurerna är interaktiva: håll muspekaren över kurvorna för exakta värden, och dra i reglagen där sådana finns.
1. En våg vid två tidpunkter
En propagerande våg är avbildad vid två olika tidpunkter, och där . Tiden mellan bilderna är mindre än 1 periodtid. Vid den första tidpunkten är en punkt vid på väg i positiv -riktning. Den maximala partikelhastigheten är .
a) Vilken hastighet har vågen? (1p)
b) Hur lång tid har det gått mellan bilderna? (1p)
c) Låt den första bilden av vågen vara vid , bestäm faskonstanten om vågen beskrivs med en sin-funktion. (1p)
Totalpoäng: 3
Ledtråd 1
Harmonisk våg, Fashastighet och partikelhastighet och Fas och faskonstant. Fysika: Fc1 (harmonisk våg, , partikelhastighet ).
Ledtråd 2
Läs av amplituden och våglängden i figuren. Partikelhastigheten är derivatan av med avseende på , och dess största värde är . Det ger , och sedan .
Ledtråd 3
Riktningen avgör vilken förskjutning som gäller mellan bilderna: ett steg framåt eller bakåt. Punkten vid ligger på en nedåtgående sluttning och rör sig uppåt; åt vilket håll måste vågformen då flytta sig? Med “mindre än 1 periodtid” finns bara en möjlig förskjutning. För c: sätt in en dal, där .
Lösning
a) Ur figuren: amplituden är och våglängden (topparna ligger vid och ). Partikelhastigheten har amplituden :
Fysika: Fc1 (partikelhastighet , )
Vågens hastighet är alltså
Fysika: Fc1 ()
Svar:
b) Vid ligger mellan toppen vid och dalen vid , på en sluttning som går nedåt. Att punkten ändå rör sig uppåt betyder att toppen bakom den är på väg fram, alltså att vågen propagerar i positiv -riktning. Den streckade kurvan har sin topp vid , så vågen har flyttat sig (den andra möjligheten, , går åt fel håll):
Svar: (en tredjedels period, ).
c) Vågen i -riktning skrivs
Fysika: Fc1 (propagerande harmonisk våg; Fysika använder cos och , vilket bara ändrar faskonstantens värde)
Vid ligger en dal vid , där :
Kontroll: , som i figuren.
Svar: (eller om man vill ha ett värde mellan och ).
Dra i reglaget: vågen vandrar åt höger och punkten vid går uppåt. Efter ligger den blå kurvan exakt på bild .
Kontrollerat mot facit. Lärarens svarsrad i b anger , men uträkningen ger ; enheten i svarsraden är ett skrivfel.
2. Tre högtalare längs -axeln
Tre högtalare är placerade längs -axeln enligt figuren. I en punkt är ljudnivån från högtalare högre än ljudnivån från högtalare . Sträckan är . Våglängden för ljudet från högtalarna är och alla högtalarna är kopplade till samma tongenerator.
a) I punkten , hur mycket större är amplituden hos vågen från högtalare än amplituden hos vågen från högtalare ? (1p)
b) Om ljudintensiteten ska minimeras i punkten , hur lång ska sträckan vara? (1p)
c) Om ljudnivån ska vara i punkten , vad blir kvoten mellan ljudintensiteterna ? (1p)
Totalpoäng: 3
Ledtråd 1
Ljudintensitet och ljudnivå för a, Superposition av vågor med visare för b och c. Fysika: Fc2 (ljudintensitetsnivå, ) och Fc1a (superposition av vågor).
Ledtråd 2
ger intensitetskvoten, och eftersom blir amplitudkvoten roten ur den. Vågen från går sträckan längre än vågen från , så den ligger efter i fas med . Rita och som visare och addera.
Ledtråd 3
, så visarna och står vinkelrätt mot varandra. Intensiteten blir minst när visaren pekar rakt mot summan . är , i praktiken total utsläckning: måste vara exakt lika lång som .
Lösning
a) Skillnaden i ljudnivå ger intensitetskvoten:
Fysika: Fc2 (ljudintensitetsnivå )
Intensiteten är proportionell mot amplituden i kvadrat, , så amplitudkvoten är .
Fysika: Fc2 (intensitet)
Svar: amplituden för våg är dubbelt så stor som amplituden för våg .
b) Vågen från har gått längre till än vågen från , så fasskillnaden är
Fysika: Fc1 ()
I visardiagrammet står (längd 2) och (längd 1) alltså vinkelrätt mot varandra. Summan har längden och bildar vinkeln mot :
Fysika: Fc1a (superposition av vågor)
Intensiteten blir minst när pekar rakt mot . Då ska ligga efter :
Svar: (eller plus ett helt antal våglängder, ).
Dra i reglaget för och se hur visaren vrider sig. Summan , som är proportionell mot intensiteten i , blir noll vid :
c) betyder , i praktiken ingenting jämfört med högtalarnas ljud. Visaren måste då ta ut helt, alltså vara lika lång som den. Eftersom och är vinkelräta adderas deras intensiteter:
Svar:
Kontrollerat mot facit.
3. Delvis polariserat ljus och Brewstervinkeln
Delvis polariserat ljus analyseras med en polarisator. Effekten hos ljuset som passerat polarisatorn ses i figuren. Vinkeln är polarisatorns genomsläppsriktning relativt horisonten.
a) Bestäm det opolariserade ljusets effekt, det polariserade ljusets effekt samt det polariserade ljusets polarisationsriktning relativt horisonten. (1,5p)
b) Polarisatorn ställs in så att genomsläppsriktningen är . Ljuset som passerar polarisatorn får sedan träffa en glasyta som är orienterad på så sätt att ljuset träffar glasytan vid Brewstervinkeln med sin polarisation vinkelrät mot infallsplanet. Glaset har ett brytningsindex på . Beräkna effekten hos ljuset som går in i glaset. (1,5p)
Totalpoäng: 3
Ledtråd 1
Polarisation med Malus lag, och Brewsters vinkel med Fresnels formler. Allt står i Fysika: Fc3.
Ledtråd 2
En polarisator släpper igenom hälften av det opolariserade ljuset oavsett vinkel, och av det polariserade (Malus). Kurvan är alltså . För b: vid Brewstervinkeln är , och för ljus polariserat vinkelrätt mot infallsplanet gäller .
Ledtråd 3
Minimum ger direkt (där släpps inget polariserat ljus igenom), och avståndet mellan max och min är . Fällan i b: vid Brewstervinkeln reflekteras inget av det parallellpolariserade ljuset, men här är ljuset polariserat vinkelrätt, så en del reflekteras ändå.
Lösning
Läraren går igenom uppgiften på seminarium 3. Facit ger svaren (för en äldre variant med deluppgifterna a–d), så lösningsgången i b är egen.
a) Efter polarisatorn är effekten
Fysika: Fc3 (Malus lag, )
Ur figuren: maximum vid och minimum vid .
- Polarisationsriktningen är där kurvan har sitt max: .
- Vid (vinkelrätt mot ) släpps bara hälften av det opolariserade ljuset igenom: , så .
- Vid släpps dessutom allt polariserat ljus igenom: .
Svar: , och polarisationsriktningen mot horisonten.
b) Vid är vinkeln mot polarisationsriktningen :
Fysika: Fc3 (Malus lag)
Ljuset efter polarisatorn är helt linjärpolariserat och träffar glaset vinkelrätt mot infallsplanet vid Brewstervinkeln:
Fysika: Fc3 (Brewstervinkeln)
Vid Brewstervinkeln är reflekterad och bruten stråle vinkelräta, så brytningsvinkeln är . Reflektansen för vinkelrät polarisation:
Fysika: Fc3 (Fresnels formler för reflekterat ljus)
Det som inte reflekteras går in i glaset:
Svar: (2,95 mW)
Varför reflekteras något alls vid Brewstervinkeln?
Brewstervinkeln gör till noll, eftersom är oändlig. För står i nämnaren, och , så blir inte noll. Det är därför reflexer från glas vid den vinkeln är helt vinkelrätt polariserade.
Svaret kontrollerat mot facit; lösningsgången är egen. Facit ger svaren som 3,5 mW (efter polarisatorn), 57° (Brewstervinkeln) och 3,0 mW (in i glaset).
4. Glödtråden som svart kropp
Glödtråden i en glödlampa kan behandlas som en svart kropp. Glödlampan har en effekt på och glödtråden är lång och den har en diameter som är .
a) Vid vilken våglängd har den spektrala emittansen för glödtråden sitt maximum? (2p)
b) Vilken diameter skulle glödtråden behöva ha för att den spektrala emittansen ska ha sitt max vid samma våglängd som solens spektrala emittans? (1p)
Totalpoäng: 3
Ledtråd 1
Svartkroppsstrålning: Stefan-Boltzmanns lag ger temperaturen, Wiens förskjutningslag våglängden. Fysika: Fd4 och Te (); solens yttemperatur står i Fysika: T j2.
Ledtråd 2
All elektrisk effekt strålar ut från trådens mantelyta : ger , och sedan .
Ledtråd 3
Samma våglängd för maximum betyder samma temperatur. Med och fasta och blir det enda okända i .
Lösning
a) Glödtrådens mantelyta, där ändytorna är försumbara:
Den utstrålade effekten är hela lampans effekt:
Fysika: Fd4 (Stefan-Boltzmanns lag, ), Te ()
Våglängden där den spektrala emittansen har sitt max:
Fysika: Fd4 (Wiens förskjutningslag)
Svar: , i det nära infraröda, vilket är skälet till att glödlampor mest blir varma.
b) Max vid samma våglängd innebär samma yttemperatur, solens . Då blir glödtrådens diameter
Fysika: Fd4 (Stefan-Boltzmanns lag), T j2 (solens effektiva yttemperatur 5778 K)
Svar:
Dra i reglaget för temperaturen. Kurvan är normerad till sitt eget max, så att man ser var toppen hamnar. Rubriken visar och den diameter som ger vid den temperaturen:
Kontrollerat mot facit.
5. Linjespektrum från joniserat helium
Monokromatisk elektromagnetisk strålning passerar en gas med joniserade heliumatomer i grundtillståndet. Heliumatomerna har bara en elektron kvar. Flera våglängder kan observeras i den elektromagnetiska strålningen efter att den passerat heliumgasen. Den längsta våglängden som observeras är . Vilken är den kortaste våglängden som observeras?
Totalpoäng: 3
Ledtråd 1
Väteliknande system (, ) och Linjespektrum. Fysika: Fd3 (energinivåer för väteliknande system) och Te ().
Ledtråd 2
Strålningen exciterar atomerna från till någon nivå . Därifrån faller de tillbaka i alla möjliga steg och sänder ut fotoner. Den längsta våglängden är den minsta energiskillnaden, och den finns mellan de två översta inblandade nivåerna.
Ledtråd 3
Pröva för tills du får . Den kortaste våglängden är den inkommande strålningen själv, .
Lösning
Den inkommande strålningen har den kortaste våglängden: den lyfter elektronen från grundtillståndet till en högre nivå. Den längsta våglängden motsvarar den lägsta energin, alltså en övergång mellan de två översta närliggande nivåerna. Energinivåerna i joniserat helium är
Fysika: Fd3 (energinivåer för väte och väteliknande system), Te ()
Fotonerna med den längsta våglängden har energin
Fysika: Fd3 (fotonenergi )
Vi provar oss fram för att se vilken övergång som matchar:
Övergång Energi (eV) Våglängd (nm) Den inkommande strålningen har alltså exciterat heliumjonerna till nivå 4. Då måste den ha haft våglängden
Svar:
Varför är den längsta våglängden alltid mellan de två översta nivåerna?
Nivåerna ligger tätare ju högre upp man kommer (), så den minsta energiskillnaden bland alla möjliga steg ned från nivå 4 är det översta, . Det gör uppgiften lösbar: den längsta linjen avslöjar direkt hur högt atomerna exciterades.
Kontrollerat mot facit.
6. Elektron i en låda, foton mot en silveryta
En elektron befinner sig i en endimensionell lådpotential. Den återgår från det tredje exciterade tillståndet till grundtillståndet genom att emittera en foton. Om den fotonen träffar en silveryta så är den kortaste de Broglie-våglängden man kan förvänta sig hos den frigjorda elektronen . Vilken de Broglie-våglängd hade elektronen i lådpotentialen i sitt exciterade tillstånd?
Totalpoäng: 3
Ledtråd 1
Tre steg som hakar i varandra: De Broglie-våglängd för den frigjorda elektronen, Fotoelektriska effekten för fotonen och Partikel i låda för elektronen i lådan. Allt står i Fysika: Fd3; silvers utträdesarbete i Fysika: T k3.
Ledtråd 2
ger elektronens rörelseenergi . Fotoeffekten ger fotonens energi . I lådan är , så ger lådans storlek .
Ledtråd 3
Två fällor. Den kortaste de Broglie-våglängden hör till den största rörelseenergin, alltså . Och det tredje exciterade tillståndet är , inte . I lådan är .
Lösning
Samma uppgift som december 2025 uppgift 4.
Den frigjorda elektronen:
Fysika: Fd3 (de Broglie-våglängden), Te (, , )
Fotonen, ur den fotoelektriska effekten med silvers utträdesarbete :
Fysika: Fd3 (fotoelektriska effekten), T k3 (utträdesarbete för Ag)
Lådan. Fotonens energi motsvarar energiskillnaden mellan elektronens två tillstånd i lådpotentialen:
Fysika: Fd3 (fri partikel i endimensionell låda)
Elektronens de Broglie-våglängd i lådpotentialen:
Svar:
Kontrollerat mot facit.
Se även
- F0005T — kurssidan med alla tentor
- Harmonisk våg · Fashastighet och partikelhastighet · Fas och faskonstant · Ljudintensitet och ljudnivå · Superposition av vågor · Fasordiagram
- Polarisation · Malus lag · Brewsters vinkel · Fresnels formler
- Svartkroppsstrålning · Stefan-Boltzmanns lag · Wiens förskjutningslag · Väteliknande system · Linjespektrum · Partikel i låda