נוסחאות ונתונים בפיזיקה
Transcription
נוסחאות ונתונים בפיזיקה
מדינת ישראל משרד החינוך נוסחאות ונתונים בפיזיקה נספח לבחינות הבגרות ברמה של 5יח"ל לשאלונים מס' 654 ,653 ,652 ,917553 ,917554 ,917555 ,98 ,36541 ,917521 ,917531 (החל בקיץ תשס"ז) תוכן העניינים נוסחאות עמוד נתונים עמוד מכניקה 2 קבועים בסיסיים 6 אלקטרומגנטיות 3 פירוש קיצורי היחידות 7 קרינה וחומר 5 קשרים בין יחידות 7 פעילויות מעבדה 6 נוסחאות מתמטיות 7 נתונים הקשורים בשמש ובירח 8 נתונים הקשורים בכוכבי הלכת 8 המסות של חלקיקים ואטומים אחדים 8 -- מכניקה קינמטיקה -תנועה לאורך קו ישר מהירות רגעית dx v = dt תאוצה רגעית dv a = dt תנועה שוות-תאוצה v = v0 + at 1 x = x 0 + v 0 t + 2 at 2 v0 + v 2 t x = x0 + עבודה של כוח הקבוע בגודלו ובכיוונו כאשר |Ds = |Dx W = Fx Tx = F cos θTs אנרגיה קינטית אנרגיה פוטנציאלית כובדית (שדה אחיד) )( UG (h = 0)= 0 UG = mgh אנרגיה פוטנציאלית אלסטית 1 2 )Usp = 2 k ( D, (במצב רפוי )Usp = 0 מהירות של Bביחס לA - דינמיקה w = mg משקל חוק הוק (גודל כוח אלסטי) עבודת שקול הכוחות הלא-משמרים ( — Eאנרגיה מכנית כוללת) = DEלא משמריםW TW P = Tt הספק ממוצע מתקף ותנע F = kT, t2 מתקף של כוח משתנה גודל כוח חיכוך סטטי fs ≤ msN קינטי fk = mkN תנע החוק השני של ניוטון m ρ= V צפיפות חומר עבודה ,אנרגיה והספק עבודה הנעשית על גוף הנע לאורך ציר xעל ידי כוח Fהקבוע בכיוונו Fx dx x2 # x1 =W # Fdt t1 מתקף של כוח קבוע SF = ma = DEkכוללתW משפט עבודה-אנרגיה )v2 = v02 + 2a(x - x0 v B,A = v B - v A 1 E k = 2 mv 2 J = FTt p = mv נוסחת מתקף-תנע =J = Tpכולל J שימור תנע mA vA + mB vB = mA uA + mB uB בהתנגשות אלסטית חד-ממדית )v A - v B =- (u A - uB מודל של גז אידאלי האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולת גז 3 E k = 2 kT אידאלי -pV = NkT משוואת המצב של גז אידאלי מהירות החוק הראשון של התרמודינמיקה DU = Q + W תנועות מחזוריות v =! w A2 - x2 )a = – w2 Acos (wt + φ תאוצה a = – w2x Tθ Tt מהירות זוויתית ממוצעת =w 3 T b r1 l = e 1 o r2 T2 2 החוק השלישי של קפלר v2 a R = r = w2 r הקשר בין מהירות קווית ומהירות זוויתית v = wr אנרגיה פוטנציאלית כובדית )( UG(r→∞) = 0 GMm U G =- r אנרגיה של לוויין במסלול מעגלי - cx = ma c m נוסחת מקום-זמן mm F = G 12 2 r גודל כוח הכבידה תנועה הרמונית פשוטה T = 2p כבידה תאוצה צנטריפטלית (רדיאלית) משוואת התנועה , g מטוטלת פשוטה (מתמטית) תנועה מעגלית m T = 2p c זמן המחזור 2p w = 2p f = T )v = – w Asin (wt + φ =w קינטית U GMm E k = 2r =- 2G כוללת GMm 2r )x = A cos(wt + φ טרנספורמציית שדה כבידה E =- g B = g A - a B,A אלקטרומגנטיות אלקטרוסטטיקה חוק קולון (בריק) q1 q 2 r2 k= 1 4pe0 F=k F E= q שדה חשמלי גודל שדה חשמלי סביב מטען נקודתי q E=k 2 r גודל שדה חשמלי הנוצר על ידי לוח טעון e0 = 4p1 k E= σ 2e0 פוטנציאל חשמלי סביב מטען נקודתי )(UE(r→∞) = 0 q V= k r אנרגיה פוטנציאלית חשמלית של מטען UE = qV נקודתי אנרגיה של מוליך טעון 1 U = 2 QV -Q C= V הגדרת הקיבול eeA C= 0 r d קיבול של קבל לוחות מתח רגעי בפריקת קבל גודל השדה החשמלי בין לוחות קבל V E = dAB גודל כוח הפועל על מטען בשדה מגנטי גודל כוח הפועל על תיל נושא זרם בשדה מגנטי F = IlB sina גודל הכוח ליחידת אורך בין שני תילים קיבול שקול / C1 של קבלים המחוברים בטור i של קבלים המחוברים במקביל 1 = CT CT = SCi זרם רגעי dq i = dt חוק אום VAB = RI התנגדות של תיל , R=ρA התנגדות שקולה / R1i של נגדים המחוברים במקביל P = VABI הספק VAB = e — rI מתח הדקים Se = SIR SI = 0 VAB = SIR — Se זרם רגעי בטעינת קבל t RC או בפריקתו 1 = RT WA→B = VABIt עבודת הזרם החשמלי מתח רגעי בטעינת קבל t ) RC – – i = I0 e NI B =m0 2R במרכז סליל מעגלי דק (בעל רדיוס Rו– Nכריכות) בתוך סילונית ארוכה B =m0 NI L (בעלת אורך Lו– Nכריכות) כא"מ מושרה שטף מגנטי דרך משטח fB = BAcosa - aהזווית בין השדה לנורמל למשטח כא"מ מושרה dφ e = – N d tB ⊥e = vl⊥ B כא"מ מושרה בתיל מולי ך ⊥ - lהיטל התיל על הכיוון הניצב למהירות ⊥ - Bרכיב השדה המגנטי בכיוון ניצב למישור התנועה כא"מ מושרה במחולל )e = —NBAw cos(wt+f שנאי אידאלי Vc = e (1 - e m I B = 20p r סביב תיל ישר וארוך RT = SRi של נגדים המחוברים בטור מתח במעגל חשמלי ארוכים מקבילים m II F, = 2p0 1d 2 m0 -7 T · m 2p = 2 $ 10 A גודל שדה מגנטי זרם חשמלי חוקי קירכהוף F = qvB sina 2 1 U = 2 CV AB אנרגיה של קבל טעון Vc = V 0 שדה מגנטי VAB = VA — VB מתח חשמלי t – e RC e1 N1 e2 = N 2 -- קרינה וחומר אופטיקה גאומטרית חוק סנל הגדלה קווית אפקט פוטואלקטרי n1sinθ1 = n2sinθ2 Hi v = Ho u =m 1 f עוצמת עדשה =C גלים מכניים ואלקטרומגנטיים v = lf מהירות גל מחזורי חוק השבירה sinθ1 n 2 v1 sinθ2 = n1 = v 2 גל עומד במיתר שקצותיו קשורים l ,=n2 קווי מקסימום בהתאבכות משני מקורות )ויותר) שווי מופע X l sinθn = L n = n d n האטום והגרעין 1+1=1 u v f נוסחת העדשות X 1 l sinθn = L n = (n - 2 ) d n DX = l d L נוסחת יאנג קווי מקסימום בהתאבכות בסריג עקיפה l sinθn = n d = nN * l קווי צומת בעקיפה בסדק יחיד X l sinθn = L n = n w n אנרגיה של פוטון 12400 1240 = )l^Åh l (nm Eph = hf = )E (eV h m e v n rn = n 2p הנחות בוהר E ph = E f – E i רמות אנרגיה באטום מימן )(U∞ = 0 *R E n =- 2 n 2p2 k 2 m e e 4 m e e 4 = 2 2 = 13.6 eV h2 8e0 h = *R רדיוסי המסלולים המותרים של האלקטרון באטום המימן rn = r1n2 h2 c = 0.529 A 4p m e ke 2 2 = r1 נוסחת דה–ברויי קווי מינימום בהתאבכות משני מקורות שווי מופע Eph = Ek + B עקרון אי–הוודאות h h l = mv = p h TxTp H 4p שקילות מסה-אנרגיה DE = Dmc דעיכה של מקור רדיואקטיבי — lקבוע הדעיכה dN dt = – lN 2 N = N0e -lt פעילות של מקור רדיואקטיבי זמן מחצית החיים R = lN ,n2 l = T1/2 -- פעילויות מעבדה הקירוב של טיילור מסדר שני: הקירוב הסטנדרטי של אוילר: xn+1 ≈ xn + vnDt x n + 1 . x n + v n Tt + 21 a n Tt 2 vn+1 ≈ vn + anDt v n + 1 . v n + 21 _a n + a n + 1i Tt קבועים בסיסיים (ערכי הקבועים רשומים בדיוק נמוך מהדיוק הניסיוני הידוע ,ומשמשים לבחינת בגרות). שם הקבוע קבוע בולצמן קבוע הגרביטציה המקדם בחוק קולון מהירות האור בריק פרמיאביליות הריק דיאלקטריות הריק מטען האלקטרון e0 e קבוע פלאנק h מסת אלקטרון מסת פרוטון מסת נויטרון קבוע אבוגדרו סימון k יחידות –1 J·K G N · m · kg c m·s k m0 me 2 –2 N · m ·C 2 –2 –1 H·m –1 F·m –1 C J·s eV · s kg mp kg NA mol mn kg –1 ערך 1.38 · 10 –23 6.67 · 10 –11 9 · 10 9 3 · 10 8 1.257 · 10 –6 8.85 · 10 –12 1.60 · 10 –34 6.63 · 10 –15 4.14 · 10 –3 9.11 · 10 1 –19 1.67 · 10 –27 1.67 · 10 –27 6.02 · 10 23 -- פירוש קיצורי היחידות יחידה סימן יחידה סימן יחידה סימן m מטר J ג'אול F פרד Å אנגסטרם eV אלקטרון וולט A אמפר k g קילוגרם M eV מיליון אלקטרון וולט W אום gr גרם W וט V וולט u יחידת מסה אטומית m ol מול T טסלה s שנייה ˚C מעלות צלזיוס H הנרי h שעה K מעלות קלווין Hz הרץ N ניוטון C קולון Pa פסקל קשרים בין יחידות אורך אנרגיה 1Å = 10–10 m 1eV = 1.6 · 10–19J 1 nm = 10–9 m לחץ N m2 מסה MeV = 1.66 $10- 27 kg c2 1u = 931.494 מעבר ממעלות קלווין למעלות צלזיוס tC = TK - 273 תנע kg $ m - 21 MeV s = 1.87 $10 c = 1.01$105אטמוספרה 1 1 נוסחאות מתמטיות היקף מעגל 2pR נפח כדור שטח עיגול pR2 לזוויות קטנות שטח פני כדור 4pR2 לזוויות קטנות ברדיאנים 4 3 3 pR sin q ≈ tg q sin q ≈ q -- נתונים הקשורים בשמש ובירח מסה רדיוס )(m רדיוס מסלול ממוצע )(m זמן מחזור (יממות) שמש 1.99 x 1030 6.96 x 108 ------ ------ ירח 7.35 x 1022 1.74 x 106 3.84 x 108 27.3 )(kg נתונים הקשורים בכוכבי הלכת מסה כוכב לכת רדיוס )(1024 kg רדיוס מסלול ממוצע )(106 m זמן מחזור (שנים) )(106 km כוכב חמה ()Mercury 0.330 2.44 57.9 0.2408 נוגה ()Venus 4.869 6.05 108.2 0.6152 ארץ ()Earth 5.974 6.38 149.6 1.00 מאדים ()Mars 0.642 3.4 227.9 1.881 צדק ()Jupiter 1899.1 71.4 778.3 11.86 שבתאי ()Saturn 60.0 1427.0 29.46 אּורנּוס ()Uranus 26.1 2871.0 84.01 נפטּון ()Neptun 24.3 4497.1 568.6 86.98 103 164.8 המסות של חלקיקים ואטומים אחדים החלקיק המסה ב–u MeV המסה ב– c2 המסה ב–u האטום 1.007825 אלקטרון 0.000549 0.511 מימן H 2.014101 פרוטון 1.007276 938.272 דויטריום H 4 4.00260 נויטרון 1.008665 939.566 הליום He 7 7.01601 12.00000 1 ליתיום Li פחמן C 12 2