Tentin tekstisisältö

FYS.104 Yliopistofysiikka 4, Syksy 2021 1/3

Etätentti 15.12.2021

e Koe tehdään etänä. Tämän vuoksi kokeessa on sallittua käyttää seuraavaa materiaalia ja

apuvälineitä:

— pdf-materiaali kurssin Moodle-sivulla

— omat muistiinpanot
— mikä tahansa laskin

e Mitään muuta materiaalia tai tietoteknisiä apuvalineitä ei saa käyttää. Myöskään oppikirjaa

ei saa käyttää apuna.

e Yhteydenpito millä tahansa välineellä muihin ihmisiin tentinvalvojaa lukuunottamatta on

kielletty tentin aikana!

e Tehtävät (5 kpl, kaikki arvostellaan 0-6p) löytyvät sivuilta 2-3.
e Palauta tehtävien ratkaisusi Moodlessa kukin omaan palautuslaatikkoonsa. Tarkista vielä
lopuksi, että palautuksen tila on "Lähetetty arvioitavaksi”.

Kirjoita seuraavat tiedot tehtävän 1 alkuun

e Kirjoita seuraava vakuutti

 

: *Olen tehnyt vastaukseni koetilanteessa itsenäisesti ilman kenen-

kään apua.” Tämän perään tulee laittaa oma allekirjoitus.
e Jos tarvitset Yliopistofysiikan sijaan suorituksen vanhasta Insinöörifysiikasta, kirjoita kum-
paa suoritat, FYS-1130 Insinöörifysiikka II: teoria ja laboratorioharjoitukset vai FYS-1101

Insinöörifysiikka II.

e Jos olet suorittanut laskuharjoituspaketin aiemmalla toteutuksella, mainitse asiasta (lisää
mielellään kyseisen toteutuksen vastuuopettaja ja suoritusvuosi, jos ne muistat).

Vakioita:
g = 9.80 m/s?

€0 = 8.854 x 102 C?N"!m?

[to % 4m x 1077 TMA!
e = 1.602 x 10'9C

c= 2.998 x 108 m/s

h = 6.626 x 10734 Js

h = 4.136 x 105 eVs

hi = ji = 1.055 x 10% Js
jp = 5.788 x 10 5cV/T
k =1.381 x 109 J/K
u= 1.660539 x 10% kg
m, = 9.109 x 10%! kg
mp = 1.007276 u

m, = 1.008665 u

uc? = 9315 MeV

1eV = 1.602 x 109 J

 
FYS.104 Yliopistofysiikka 4, Syksy 2021 2/3
Etätentti 15.12.2021

(D Viereinen kuva esittää tyhjiössä seisovan sähkömagneet-
isen aallon sähkökentän paikan funktiona tiettynä ajan-
netkenä. Aalto on rajoitettu yhteen ulottuvuuteen välille
0—>8.00 mm peilien avulla.

a) Laske aallon aallonpituus ja taajuus.

) Millä x:n arvoilla aallon magneettikentällä on n00-
dit?

c) Oikean laidan peili kohdalla 8.00 mm poistetaan hetkeksi, jolloin aalto pääsee etenemään +z-
suuntaan. Etenevän aallon magneettikentän amplitudi on 4.0 uT. Kirjoita etenevän aallon sähkö-
entälle vektorimuotoinen, ajasta ja paikasta riippuva lauseke.

T

8.00 mm

 

(2) Tutkit valosähköistä ilmiötä erään materiaalin pinnan avulla. Huomaat, että elektroneja irtoaa
pinnasta, kun sitä valaistaan valolla, jonka taajuus on 7.5-10'4 Hz. Tätä pienemmällä taajuudella
niitä ei kuitenkaan irtoa.

a) Mikä on tämän pinnan työfunktio (eli irroitustyö)? (2p)

) Mikä on mittaamasi pysäytyspotentiaalin suuruus, kun jos valon aallonpituus onkin 330 nm?
(4p)

(3) Oheisessa kuvassa on vyökaavio, jossa on kuvattuna erään ma-
eriaalin valenssi- ja johtavuusvyöt. Vöiden ala- ja yläreunat
ovat energioilla 0.0 eV, 0.9 eV, 2.1 eV ja 3.4 eV, kun ener-
gian nollataso on valittu valenssivyön pohjalle. Pohdi seuraa-
via kohtia OK lämpötilan kannalta. 216v 4
a) Mikä on suurin mahdollinen fotonin aallonpituus, jonka | Er

materiaali voi absorboida? (3p) 0.9eV +

b) Voiko materiaali absorboida seuraavia aallonpituuksia: (i) 0.0ev + L.
300 nm, (ii) 900 nm, (iii) 1200nm? Perustele vastauksesi las-

kemalla. (3p)

 

 

E,
3.4eV +

 

(4) Matti istuu junassa, joka etenee asemalla olevan Tepon mielestä nopeudella 0.35 c +x-suuntaan (c
on valonnopeus).
a) Molemmat havaitsevat raketin lentävän junan ohitse +xz-suuntaan Tepon mitatessa sen vauhdiksi
0.70 c. Mikä on raketin nopeus Matin mielestä? (3p)
b) Tepon ollessa asemalaiturilla junan puolivälin kohdalla hän toteaa veturimiehen heilauttavan
kättään kohdassa x = 112m ja konduktöörin kohdassa x = —123m täsmälleen samaan aikaan.
Laske heilautusten välinen aikaero Matin koordinaatistossa. (3p)

  
 

 

 

Tehtävä 5 seuraavalla sivulla
(5) a) Yhdistä ilmiöt oikeaan kuvaukseen. Valitse kutakin ilmiötä kohti siihen parhaiten liittyvä kuvaus.
Anna vastaus muodossa 1A, 2B, .... Joka numeroa kohti tulee siis vain yksi kirjain, niin että kaikille
numeroille ja kirjaimille tulee pari. Oikea vastaus 0.5p, väärä vastaus Op.

 

elektronidiffraktio
elektroni-aukko-parit
kaksoisrakokoe
tunneloituminen
Zeeman-ilmiö

molekyylien emissiospektri

nr

Por

A. Elektronien siirtyessä korkeammalle energiatilalle jää alempi energiatila miehittämättömäksi.
B. Elektroni voi päästä alueeseen, johon sen energian ei pitäisi riittää.

C. Elektronisiin siirtymiin liittyvät energiat riippuvat ulkoisen magneettikentän suuruudesta.
D. Elektronien vuorovaikutus itsensä kanssa aiheuttaa interferenssikuvion.

E. Törmättyään pintaan elektronit siroavat todennäköisimmin tiettyihin suuntiin.

F. Värähtelyt ja pyöriminen vaikuttavat oleellisesti tässä ilmiössä.

b) Eri radioaktiivisissa prosesseissa ytimistä voi lähteä a-, 57-, B*- tai y-säteilyä. Yhdistä seu-
raavat väittämät oikeaan säteilyyn. Joka kohtaan tulee vain yksi vastaus muodossa: 1.a-säteily,
2.a-säteily,. ... Nyt sama vastaus voi siis tulla moneen kohtaan. Oikea vastaus: 0.5p, väär
Op.

 

 

ä vastaus

- Liittyy erityisesti hajoamisiin ytimissä, joiden järjestysluku on suurempi kuin neutroniluku.
- Liittyy erityisesti hajoamisiin ytimissä, joiden N/Z -suhde on suuri.

Tällaista säteilyä tulee yleensä vain kun suuren massaluvun omaava ydin hajoaa.

Tällaista säteilyä syntyy joskus minkä tahansa tyyppisen hajoamisprosessin jälkeen.
Tällaisen säteilyn aiheuttama biologinen vaikutus kudokseen on muita suurempi.

Tällaista säteilyä syntyy (lähes) aina ydinreaktorin fissiotuotteiden hajotessa.

Pop ENS