Eksamensoppgave i
FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTRISITET OG MAGNETISME
Faglig kontakt under eksamen:Institutt for fysikk v/Arne Mikkelsen, Tlf.:486 05 392
Eksamensdato: Tirsdag 16. mai 2017 Eksamenstid: 09:00 - 13:00
Tillatte hjelpemidler (kode C):
Bestemt enkel godkjent kalkulator.
Rottmann: Matematisk formelsamling (norsk eller tysk utgave).
C. Angell og B. E. Lian: Fysiske størrelser og enheter.
Vedlagt formelliste.
Annen informasjon:
1. Denne eksamen teller 90 % p˚a endelig karakter, laboratorierapport 10 %. For studenter med laboratorium godkjent 2012 og før teller denne eksamen 100 %.
2. Prosenttallene i parantes etter hver oppgave angir hvor mye den vektlegges ved bedømmelsen (summerer til 100 %).
3. Noen generelle faglige merknader:
- Størrelser angis i kursiv (f.eks.V for potensial), mens enheter angis uten kursiv (f.eks. V for volt)
- ˆi,ˆj og ˆk er enhetsvektorer i henholdsvis x-, y- og z-retning.
- Ved tallsvar kreves b˚ade tall og enhet.
4. I flervalgsspørsm˚alene er kun ett av svarene rett. Du skal alts˚a svare A, B, C, D eller E (stor bokstav) eller du kan svare blankt.Rett svar gir 5 p, galt svar eller flere svar gir 0 p, blank (ubesvart) gir 1 p.
5. Svar p˚a flervalgsspørsm˚alene fører du p˚a siste arki dette oppgavesettet. Arket skal innleveres.
6. Oppgavene er utarbeidet av Arne Mikkelsen.
M˚alform/spr˚ak:Bokm˚al.
Antall sider (uten denne forsida): 8.
Antall sider vedlegg:3.
Informasjon om trykking av eksamensoppgave:
Originalen er: 2-sidig; sort/hvitt
Kontrollert av:
Dato Sign
Merk! Studenter finner sensur i Studentweb. Har du spørsm˚al om din sensur m˚a du kontakte instituttet ditt.
Eksamenskontoret vil ikke kunne svare p˚a slike spørsm˚al.
Oppgave 1. Flervalgsspørsm˚al (teller 50 %, hvert spørsm˚al teller like mye)
1-1. To uniformt ladde kuler vist under har ladning henholdsvisQog 3Q. Hvilken figur beskriver korrekt de elektrostatiske kreftene som virker p˚a de to kulene?
Q 3Q
A
+
+
++
6
B
+
?
+
++
6
C
+
?
+
++6
D
+
?
+
++
6
E
+
6
+
++
6
1-2. Du bringer en positiv ladd glasstav nesten inntil den ene (den til venstre) av to nøytrale metallkuler som er i innbyrdes kontakt. Deretter fjerner du de to metal- lkulene fra hverandre. Da har metallkula til venstre f˚att
A) negativ ladning B) positiv ladning C) null ladning
D) samme ladning som kula til høyre E) samme ladning som glasstaven
+ + + + + + + + ++ladd glasstav
}}
kuler
?
+ + + + + + + + ++ } }
1-3. Et homogent (uniformt) elektrisk felt med styrke E er rettet horisontalt. To ladde partikler som begge har massenm, er plassert i feltet. De er i samme høyde, og den horisontale avstanden mellom dem er L. Partiklene som har ladningene
−q og +2q, slippes fra ro. Tyngden ~g virker og det er ingen luftmotstand. Hvilken styrke m˚a E ha for at ladningene skal fortsette ˚a ha konstant horisontal avstandL mellom seg?
−qu 2qu
~ - E
~ -
E ?
.............................................L.....................................-............... ~g
A) 2 3π0
q2
L B) 1
4π0 q
L2 C) 1
3π0 q
L2 D) 1
6π0 q
L2 E) 1
6π0 q L
1-4. Fire punktladninger, to positive (Q) og to negative (−Q), er plassert i hvert sitt hjørne av et kvadrat. Ranger det elektriske potensialet,Vi, i de fire punktene 1, 2, 3 og 4. (Punkt 1 er midt p˚a venstre ”sidekant”, punkt 2 er midt i kvadratet.)
A)V1> V3 > V4> V2
B)V1 =V2=V3=V4 C)V3 > V1=V2 > V4 D)V1> V3 =V4> V2 E)V3> V2> V1 > V4.
.. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .
...........................................................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
u
−Q Qu
Q u u−Q
1 r r2 3r
4r
1-5. Ei metallkule med radius a har en nettoladning q > 0 (figuren til venstre under). Den er belagt med et lag med elektrisk nøytral plast med tykkelsea/2. Deretter følger et elektrisk nøytralt metallisk kuleskall med tykkelsea/2. Utenfor dette har vi vakuum. Plasten er et dielektrikum med permittivitet1= 40. Hvilken av de fire grafene i figuren nedenfor til høyre illustrerer det elektriske feltetE som funksjon av avstanden r fra metallkulas sentrum?
A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) B˚ade 2 og 3 kan være rett
1-6. Figuren viser tre konsentriske metallkuleskall med en viss tykkelse. Innerste skall har nettoladning 2Q, mellomste skall har nettoladning −Q og ytterste skall har nettoladning−Q. Hvor mye ladning er samlet p˚a ytreoverflate av det ytterstekuleskallet?
A)−Q B)−2Q C)Q D) 0 E) 2Q.
metall vakuum
2Q
−Q
−Q
1-7. To store metalliske plan har arealA og ladning per flateenhet henholdsvisσ0 (øverste plate) og−σ0 (nederste plate). Plateavstanden er d. Volumet mellom metallplatene er fylt med to dielek- triske skiver. Medium 1, i øverste halvdel, har permittivitet 20 mens medium 2, i nederste halvdel, har permittivitet 80. Hvor stor blir polariseringenP2 i medium 2?
A)P2=σ0/8 B)P2= 7σ0/8 C)P2 =σ0 D)P2= 9σ0/8
E)P2= 4σ0. qqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqq qqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqq
. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . .. .. .. .. . .. . .. .. . .. .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . .. .. .. .. . .. . .. .. . .. .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .. .. . .. . .. .. .. .. .. .
. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . .. .. .. .. . .. . .. .. . .. .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . .. .. .. .. . .. . .. .. . .. .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .. .. . .. . .. .. .. .. .. .
.......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
2 1
80 20
P2
?
−σ0 +σ0
6 d/2 ?
6 d/2 ?