מבחן מתכונת בחשמל 2010
Transcription
מבחן מתכונת בחשמל 2010
-1- שם התלמיד/ה ___________________ : תאריך21/6/10 : כיתה ______________________ : פיזיקה " /יב המורה שהביא אותי הלום __________________ : מבחן בפיזיקה במתכונת מבחן בגרות חשמל הוראות לנבחן ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר ומכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. א .משך הבחינה :שעה וחצי. ב .מבנה השאלון :בשאלון זה חמש שאלות ,ומהן עליך לענות על שלוש שאלות בלבד. ג .חומר עזר מותר בשימוש .1 :מחשבון .2נתונים ונוסחאות בפיזיקה המצורפים לשאלון. ד. הוראות מיוחדות: .1ענה על מספר שאלות כפי שנתבקשת .תשובות לשאלות נוספות לא ייבדקו. .2בפיתרון שאלות שנדרש בהן חישוב ,רשום את הנוסחאות שאתה משתמש בהן( .כאשר אתה משתמש בסימן שאינו מופיע בדפי הנוסחאות ,רשום את פירוש הסימן במילים). לפני שתבצע פעולות חישוב ,הצב את הערכים המתאימים בנוסחאות .רק לאחר ההצבה בצע את פעולות החישוב .רשום את התוצאה המתקבלת ביחידות המתאימות. .3בחישובך השתמש בערך של 10מ' לשנייה 2בשביל תאוצת הנפילה החופשית. בהצלחה! -2- מבחן מתכונת בחשמל 0202 שאלה 0 .1בתרשים א נתון גרף המתאר את השתנות הפוטנציאל החשמלי כפונקציה של המרחק .x א .הסבר מה משמעות המושג פוטנציאל חשמלי 3( .נקודות) ב .שרטט גרף של עוצמת השדה החשמלי כפונקציה של xעבור .0<x<6mהסבר 8( .נקודות) ג .חשב את המהירות המינימאלית שיש להעניק בנקודה x=0 לחלקיק שמסתו 11-9kgומטענו +6x10-9Cעל מנת שיגיע לנקודה 5( .x=6mנקודות) ד .מהי המהירות ההתחלתית המינימלית שיש להעניק לאלקטרון בנקודה x=0על מנת שיגיע עד לנקודה 5 (? x=6mנק' ) ה .1-ציין על גרף הפוטנציאל שני מקומות בתחום 3m < x < 5m שאם מעבירים מטען חשמלי ביניהם ,סה"כ העבודה של הכוח החשמלי שווה לאפס .נמק היטב את תשובתך 6 ( .נק' ) ה . 2-האם אתה יכול לזהות בין 0 < x < 6mתחום שבו הכוח החשמלי לא מבצע בכלל עבודה? מה השם של תחום כזה? ( 6נק' ) שאלה 0 שני קבלים מחוברים בטור לכא"מ שלe= 24V ,r= 2W C = 210 × - 6 F ,C = 610 גודל שני הקבלים× - 6 F : 1 2 ( ראה תרשים) א) מה המטען והמתח על כל קבל לאחר התייצבות המערכת? פרט את חישוביך 6 ( .נק' ) ב) הפעם לוקחים את אותם קבלים ומחברים אותם במקביל לאותו כא"מ. שרטט את התרשים החדש ומצא מהו המתח והמטען על כל קבל. פרט את חישוביך 6 ( .נק' ) -3- C1 C2 תרשים א ג) חוזרים לתרשים א' .מבלי לנתק את הכא"מ ,מגדילים פי 2את המרחק בין לוחות הקבל 2 . Cמהו כעת המטען והמתח על כל קבל? פרט את חישוביך 6 ( .נק' ) ד) האם נאלצנו להשקיע עבודה לביצוע השינוי בסעיף ג' או שהכוח החשמלי ביצע את העבודה? פרט את חישוביך ונמק את תשובתך 5 ( .נק' ) ה) חוזרים לתרשים א' .מחזירים את המרחק בין לוחות הקבל 2 C למרחק שהיה ביניהם בהתחלה ..מנתקים את הכא"מ ושוב מגדילים פי שניים את המרחק בין לוחות הקבל 2 . Cמהו כעת המטען והמתח על כל קבל .פרט את חישוביך6 ( .נק' ) ו) האם נאלצנו להשקיע עבודה לביצוע השינוי בסעיף ה' או שהכוח החשמלי ביצע את העבודה? פרט את חישוביך ונמק את תשובתך 4 (.נק' ) שאלה 3 נתון מעגל חשמלי .במעגל נתונים מקור מתח שהכא"מ שלו בתוך המעגל נגד משתנה . Rראה תרשים e והתנגדותו הפנימית . r r R תלמיד חוקר את ההספק של המעגל ( ) Pכפונקציה של הזרם במעגל ( .) Iהוא משנה כל פעם את גודל , Rוכתוצאה משתנה הזרם במעגל . .במעגל לא רואים את המכשירים בעזרתם הוא מדד את הזרם וההספק .הוא קיבל פרבולה עם נקודת מקסימום. הוא קיבל את הגרף הבא: -4- P Pmax I Imax א) התלמיד ביטא את ההספק של המעגל , P ,כפונקציה של הזרם .I פתח בעזרת הפרמטרים e,rאת הביטוי שמצא התלמיד 5 ( .נק' ) ב) השתמש בביטוי שמצא התלמיד והוכח שגודל הזרם כאשר ההספק של המעגל הוא מקסימלי ,הוא e max 2r = I ( 4נק' ) ג) הוכח שההספק המקסימלי של המעגל הוא: e2 P = max 4r ( 4נק' ) ד) בטא בעזרת rמה גודל ההתנגדות החיצונית במעגל כאשר ההספק הוא מקסימלי. פרט את חישוביך 4 ( .נק' ) ה) נתון שמקור המתח הוא סוללה של , 12Vשיש לה התנגדות פנימית שלr= 2W מחליפים את הנגד המשתנה ,R,בנורה שרשום עליה 18W ,3A ה )1-מהי התנגדות הנורה? פרט את חישוביך ( 4נק' ) ה )2-האם הנורה דולקת בהספקה המלא? פרט את חישוביך 4 ( .נק' ) ה ) 3-מה כמות החום שמתבזבז בסוללה כל שניה? פרט את חישוביך 4 ( .נק' ) ה )4-האם המעגל עובד בהספק המקסימלי שלו? פרט את חישוביך 4 ( .נק' ) -5שאלה 4 תלמיד חוקר מעגל חשמלי .הוא משתמש בנורה שהתנגדותה RN = 8Ω בנגד משתנה , R ,ובמקור מתח , εשיש לו התנגדות פנימית . r , הוא מחבר את המעגל כפי שרואים בתרשים: V2 r K L R RN V1 התלמיד מבצע סידרת מדידות בעזרת שני מדי מתח אידיאליים המודדים מתח על הנורה ועל הנגד המשתנה .ואלה התוצאות שהוא קיבל: 8 6.4 4.8 3.2 1.6 ) V (V 1 ) V (V 2 12 8 11 4 6 א) נתון שהנורה לא נשרפת בזמן הניסוי אבל היא מגיעה לעוצמת הארה מקסימלית. מה גודל ההספק שרשום על הנורה ומה גודל הזרם שרשום על הנורה? הסבר ופרט את חישוביך 5 ( .נק' ) ב) נתון שבזמן הניסוי התלמיד לא השתמש בכל אורכו של הנגד המשתנה .באיזו נקודה , Kאו Lהיה המגע הנייד של הנגד המשתנה כאשר V1היה מינימלי? נמק 4 ( .נק' ) ג) בטא בעזרת הפרמטרים ד) שרטט גרף של V2 ε,r,RN כפונקציה של את V1 V2 כפונקציה של V1 ( 6נק' ) .המשך את הגרף עד נקודות החיתוך עם הצירים וציין את גודלן 8 ( .נק' ) ה) מצא בעזרת הגרף את ההתנגדות הפנימית של מקור המתח .פרט את חישוביך 5 ( .נק' ) ו) מצא בעזרת הגרף את הכא"מ של מקור המתח .הסבר 5 ( .נק' ) שאלה 5 נתונים חלקיקים הטעונים מטען חשמלי .הנח כי כוח הכובד הפועל על החלקיקים זניח. א) מתוארים שני מצבים .קבע לגבי כל אחד מהמצבים אם הוא אפשרי או אינו אפשרי נמק כל אחת מקביעותיך. א )1-החלקיקים נמצאים במנוחה באזור שבו שוררים גם שדה חשמלי וגם שדה מגנטי ( גודל כל אחד מהשדות קבוע ,אבל אתה חופשי לבחור את הכיוונים) והכוח השקול הפועל עליהם שווה לאפס 5 ( .נק' ) א )2-החלקיקים נעים באזור שבו שורר שדה מגנטי בלי שיפעל עליהם כוח מגנט. ( 5נק' ) שני חלקיקים A ,ו , Bנכנסים במאונך לשדה מגנטי אחעיד .השדה המגנטי יוצא ממישור הדף(ראה תרשים א) .בתרשים א מוצג חלק ממסלולם של כל חלקיק בשדה המגנטי. -6- B תרשים א' A ב )1-קבע איזה סוג מטען יש לכל אחד מהחלקיקים – חיובי או שלילי. נמק את תשובתך 5 ( .נק' ) ב )2-לשני החלקיקים יש מסה שווה ,והמהירויות הזוויתיות שלהם בתוך השדה שוות .הוכח שגודל המטענים של שני החלקיקים שווה 5 ( .נק' ) ג) חלקיק הטעון במטען חיובי , q = 3.2×10- 19 C ,משוחרר ממנוחה ליד לוח מוליך G המחובר להדק החיובי של מקור המתח .החלקיק עובר דרך נקב בלוח מוליך , Hהמחובר להדק השלילי של מקור המתח ונכנס לאזור שבו שורר שדה מגנטי אחיד ,Bהיוצא מן הדף .המרחק בין הלוחות הוא d = 1mmוהפרש הפוטנציאלים בין הלוחות הוא V = 1000V 1mm q ג )1-שרטט גרף של האנרגיה הקינטית של החלקיק כפונקציה של מרחקו האופקי מהלוח Gעבור הקטע שבין 2ל 2mmמלוח 9( . Gנק' ) ג )2-מצא את ערכי האנרגיה הקינטית של החלקיק במרחקים 1mmו 2mmמהלוחG ורשום אותם על הציר האנכי של הגרף ששרטטת 4 ( .נק' )