Fotoelektrisk effekt, vindmølle med spole og ballkast
Lov på eksamen
- Skrivesaker, passer, linjal og vinkelmåler
- Vedlegg i oppgavesettet
Ingen kalkulator eller digitale verktøy. Vedleggene i oppgavesettet kan brukes på begge deler.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Beskriv fenomenet fotoelektrisk effekt.
En enkel vindmølle består av en propell, en aksling og en spole. Når propellen dreies, sørger akslingen for at spolen dreier like mye.

Spolen har et tverrsnittareal på og har vindinger. Spolen roterer med konstant vinkelfart i et homogent magnetfelt med flukstetthet .
Hva er maksimalverdien for fluksen gjennom spolen?
Hvilken strømretning får vi i spolen når den dreies litt videre fra posisjonen vist i figuren ovenfor? Er det da viktig å vite hvilken vei spolen dreies? Propellen gjør 5 omdreiinger på ett sekund.
Hva er maksimalverdi for den elektromotoriske spenningen i spolen?
En elev kaster en ball fra en høyde over et horisontalt underlag. Startfarten i horisontal retning er , og startfarten i vertikal retning er oppover. Ballen lander etter . Bruk for tyngdeakselerasjonen. Se bort fra luftmotstand.

Bestem høyden .
Bestem lengden på kastet.
Fasit
Fotoner med energi større enn løsrivingsarbeidet slår løs elektroner fra en metalloverflate.
1) 2) Med klokka sett fra samme side som i figuren; det spiller ingen rolle hvilken vei spolen dreies. 3)
1) 2)
LøsningsforslagKI-generert
Fotoelektrisk effekt er at elektroner blir slått løs fra en metalloverflate når den blir belyst med elektromagnetisk stråling med høy nok frekvens.
Einstein forklarte fenomenet med at lyset består av fotoner med energi . Ett foton gir all energien sin til ett elektron. Elektronet blir slått løs bare hvis fotonenergien er minst like stor som løsrivingsarbeidet for metallet, og overskuddet blir kinetisk energi:
Dette forklarer det vi observerer:
- Under grensefrekvensen blir ingen elektroner slått løs, uansett hvor sterkt lyset er.
- Sterkere lys (flere fotoner) gir flere løsrevne elektroner, men ikke større maksimal kinetisk energi.
- Høyere frekvens gir større maksimal kinetisk energi.
- Elektronene blir slått løs med én gang, uten tidsforsinkelse.
Bølgemodellen for lys kan ikke forklare disse observasjonene, så fotoelektrisk effekt viser at lys også har partikkelegenskaper.
Fluksen gjennom spolen er størst når spolens plan står vinkelrett på magnetfeltet, slik som i figuren:
I figuren er fluksen gjennom spolen størst. Når spolen dreies litt videre om akslingen, blir vinkelen mellom feltet og normalen til spolen større, og fluksen avtar — uansett hvilken vei spolen dreies. Etter Lenz’ lov gir den induserte strømmen et magnetfelt som motvirker at fluksen avtar, altså et felt inn i papiret inne i spolen. Det gir strøm med klokka sett fra samme side som i figuren. Det er ikke viktig å vite hvilken vei spolen dreies, fordi fluksen avtar i begge tilfeller.
Propellen gjør , så vinkelfarten er . Med gir Faradays lov
Maksimalverdien er
Ballen har bare tyngdekraften som virker på seg, så den horisontale farten er konstant og den vertikale akselerasjonen er nedover. Vi velger positiv retning oppover og origo på underlaget. Den vertikale posisjonen er
Ballen lander ved , så :
Horisontalt er farten konstant:
Vedlegg
Vedleggene i oppgavesettet til Fysikk 2 V2023. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).
Åpne på egen side: Faktavedlegg · Formelvedlegg · Programmeringsvedlegg