שאלה 1 (אלקטרומגנטיות בגרות 17
Transcription
שאלה 1 (אלקטרומגנטיות בגרות 17
הטכניון מכון טכנולוגי לישראל המרכז ללימודים קדם-אקדמיים קרא בעיון את ההוראות הבאות: משך המבחן :שעה וארבעים וחמש דקות. חומר עזר מותר :דף הנוסחאות המצורף +מחשבון (לא גרפי). ענה על 3מתוך 5השאלות הבאות .תיבדקנה רק 3התשובות הראשונות. יש לנמק כל תשובה! יש לכתוב כל תשובה באופן מסודר וברור .התחל כל שאלה בדף חדש וכל סעיף בשורה חדשה. בכל חישוב ,רשום תחילה ביטוי כללי (פרמטרים) ורק לאחר מכן הצב מספרים. משקל כל השאלות זהה .סעיפים שונים באותה שאלה שווים בניקודם עד כדי נקודה ,אלא אם רשום אחרת. מבחן לדוגמה חשמל ומגנטיות שאלה 1 א .חלקיק שלילי שמטענו , qנע ברגע מסוים במהירות Vo באזור בו שורר שדה אלקטרוסטטי. השדה מתואר בציור 1באמצעות קווי שדה (לא ישרים). החלקיק נע בהשפעת השדה בלבד. אחד מבין הקווים המרוסקים c , b , aאו dהמופיעים בציור, מתאר בצורה הטובה ביותר את מסלול תנועתו של החלקיק בשדה האלקטרוסטטי? הסבר. b c a Vo q ב .כיצד משתנה גודל מהירות החלקיק תוך כדי תנועתו בשדה? האם מהירות החלקיק גדלה ,קטנה ,או נשארת ללא שינוי? הסבר. ציור 1 ג .חלקיק חיובי שמטענו +qומסתו mחולף במהירות Vo (המכוונת בכיוון ,–yלעבר הנקודה ) Cבנקודה , A הנמצאת באזור בו שורר שדה אלקטרוסטטי. קווי הפוטנציאל באזור תנועתו של החלקיק מתוארים בציור .2 נתון שהחלקיק חלף באחת מבין הנקודות C , Bאו . D החלקיק נע בהשפעת השדה בלבד. באיזו מהנקודות הנ"ל חלף החלקיק? הסבר. ד .נתונים: q = 10-16 C m = 10-21 kg vo = 1000 m/Sec מהו גודל מהירות החלקיק בנקודה בה בחרת בסעיף ג'? d +q A E y Vo D C B x -20 v -10 v 0v +10 v ציור 2 ה .מעניקים לחלקיק המתואר בסעיפים ג' ו -ד' את אותה מהירות vo = 1000 m/Secכאשר הוא נמצא בנקודה , A אלא שהפעם המהירות מכוונת בכיוון ,–xלעבר הנקודה . E האם יתכן כי במהלך תנועתו יחלוף החלקיק בנקודה ? Cנמק את תשובתך באמצעות חישוב. שאלה 2 המערכת המתוארת בציור מורכבת משלושה קבלים זהים שקיבול כל אחד מהם הוא . C1 = C2 = C3 = C :C כמו כן משולבים במערכת שני מתגים ומקור מתח . Vo כל אחד מהקבלים מורכב מלוח דק ומלוח עבה ,כמתואר בציור. במצב ההתחלתי המתגים פתוחים והקבלים אינם טעונים (ראה ציור). נתונים. Vo , C : סוגרים את מתג S1וממתינים להתייצבות המערכת. C1 C2 S1 S2 C3 א .1 .מה המטען ומה המתח על כל אחד מהקבלים? .2מה המטען הכולל על שלושת הלוחות העבים? Vo סוגרים גם את מתג ,S2וממתינים להתייצבות המערכת. ב .1 .מה המטען הכולל על שלושת הלוחות העבים? .2האם המתח על קבל 3קטן ,גדול או שווה למתח על קבל ? 1הסבר. ג .1 .איזה לוח (העבה או הדק) טעון במטען חיובי בכל אחד מהקבלים? .2מה המטען של כל אחד מהקבלים? ד .כתוצאה מסגירת המתג S2האנרגיה האלקטרוסטטית של המערכת גְּ ֵדלה. חשב את הגידול באנרגיית המערכת ,והסבר את מקורו. שאלה 3 לפניך שני מעגלים חשמליים – מעגל 1ומעגל – 2המורכבים מאותם רכיבים: מקור בעל כא"מ ε = 200 Vוהתנגדות פנימית ,r = 20 Ω נורה שעליה רשומים הנתונים "התקניים" שלה" 75 W , R2 = 300 Ω " : נגד משתנה שהתנגדותו מסומנת ב ,R -ותיילים חסרי התנגדות. שני המעגלים מכוונים כך שהנורה מתפקדת באופן תיקני ,כמומלץ ע"י היצרן. I I ,r I1 R1 ,r R2 R1 R2 I מעגל 1 א .מה עוצמת הזרם בנורה בכל אחד מהמעגלים? ב .במעגל .1 :1מה התנגדות הנגד המשתנה? .2מה סכום ההספקים המתבזבזים בנגד המשתנה ובמקור? ג .במעגל .1 :2מה המתח על הנגד המשתנה? .2מה עוצמת הזרם הכולל Iהחולף דרך המקור? .3מה עוצמת הזרם I1בנגד המשתנה? .4מה התנגדות הנגד המשתנה? ד .במעגל :2מה סכום ההספקים המתבזבזים בנגד המשתנה ובמקור? ה .שני המעגלים נבנו כדי להפעיל את הנורה בהספקה התיקני ( .)75 Wאיזה מעגל יעיל יותר? I2 מעגל 2 שאלה 4 בתיל אופקי ישר וארוך מאוד עובר זרם חשמלי קבוע שעוצמתו Iוכיוונו ימינה. חלקיק ( -המורכב משני פרוטונים ושני נויטרונים) נע במסלול אופקי ישר בגובה hמעל התיל ,כמתואר בציור המתאר מבט צד על המערכת ,ברגע בו חולף החלקיק בנקודה .A +q , m מסת חלקיק ה -היא mומטענו .+q נתונים. g , o , I , h , q , m : A g h I I א .מה מהירות חלקיק ה( -גודל וכיוון)? חוזרים שוב על הניסוי הקודם כשהפעם מעניקים לחלקיק ה -בנקודה Aאת המהירות (גודל וכיוון) שמצאת בסעיף א'. הפעם ,עוצמת הזרם בתיל נמוכה יותר מ. I - ב .שרטט באופן איכותי את מסלול תנועת החלקיק ,סמוך לרגע בו שוגר מהנקודה . Aהסבר בקצרה את שיקוליך. כעבור זמן -מה חולף חלקיק ה -בנקודה ( Bלא מופיעה בציור) הנמצאת בגובה 1 hמעל התיל. 2 ג .מה העבודה שמבצע הכוח המגנטי על החלקיק מהרגע בו חלף בנקודה Aעד הרגע בו הוא חולף בנקודה ? Bהסבר. ד .מה גודל מהירותו של חלקיק ה -ברגע בו הוא חולף בנקודה ? B ה .אילו הוחלף חלקיק ה -בדוֹיטרוֹן (המורכב מפרוטון ונויטרון ,ולכן הנח כי מטענו 1 qומסתו ,) 1 m 2 2 כיצד היו משתנות תשובותיך לסעיפים א' ,ג' ו -ד'? הסבר האם התוצאה הייתה ג ֵדלָה ,קטֵ נָה או נשארת ללא שינוי . שאלה :5 המערכת שבתרשים מורכבת משני פסים מוליכים אופקיים מקבילים חסרי התנגדות שהמרחק ביניהם , L = 2 m מקור מתח בעל כא"מ ε = 3 Vשהתנגדותו הפנימית זניחה ,נורת להט שהתנגדותה קבועה R = 10 Ωומוט מוליך אופקי חסר התנגדות המונח על הפסים בניצב להם. המערכת נמצאת בתוך שדה מגנטי אחיד ,שעוצמתו , B = 15Tהמכוון אנכית כלפי מעלה. כדי לקבל תאורה אופטימלית מהנורה ,צריך לחלוף דרכה זרם בעוצמה . I = 0.5 A במקור יכול לעבור זרם מההדק השלילי אל ההדק החיובי וגם להיפך. אין חיכוך במערכת. B R L ε א .כדי לקבל את הזרם הדרוש ,אפשר להניע את המוט ימינה או שמאלה .הסבר מדוע קיימות שתי האפשרויות. ב .מצא את המהירות הקבועה בה יש להניע את המוט ,בכל אחת מהאפשרויות המתוארות בסעיף א'. ג .אם משחררים את המוט ממנוחה ולא מפעילים עליו כוח חיצוני ,הוא מתחיל לנוע. מה תהיה מהירות המוט (כיוון וגודל) כעבור זמן רב? הנח שהפסים ארוכים מאוד. ד .שרטט גרף של עוצמת הזרם כפונקציה של מהירות המוט ,במקרה בו הוא משוחרר ממנוחה. ציין את ערכיהן של נקודות חיתוך הגרף עם הצירים. בהצלחה!