תשעא – 1 מבחן הדמיה מספר
Transcription
תשעא – 1 מבחן הדמיה מספר
אלקטרומגנטיות -מבחן הדמיה מספר – 1תשעא ענה על 3מבין 5השאלות הבאות .משך המבחן 105דקות. שאלה 1 כדור מוליך Aשרדיוסו 5ס"מ נטען לפוטנציאל של 5000וולט. א .הסבירו את משמעות הטענה שהפוטנציאל החשמלי על פני כדור Aהוא 5000וולט. ב .חשבו את עצמת השדה החשמלי על פני הכדור .A ג .כדור מוליך שני Bשרדיוסו 8ס"מ ואינו טעון נמצא במרחק גדול מכדור .Aמחברים בין הכדורים על ידי תיל מוליך וממתינים להתייצבות המטענים .הניחו שאפשר להתעלם מההשפעה ההדדית בין הכדורים. .1האם תיווצר תנועת אלקטרונים בין הכדורים ואם כן ,מדוע ובאיזו מגמה? .2חשבו את הפוטנציאל על פני כדור Aלאחר התייצבות המטענים. ד .הוסיפו בתרשים את כיוון וקטור השדה החשמלי השקול בנקודה המסומנת על האנך האמצעי: • לפני חיבור התיל המוליך בין הכדורים. • אחרי התייצבות המטענים – שרטוט איכותי. שאלה 2 שני כדורים זהים שמסתם 4גרם כל אחד ,קשורים אל חוטים מבודדים באורך 0.5מטר ותלויים מנקודה משותפת .לכדור אחד ניתן מטען q1ולשני מטען .q2הכדורים נדחים ופורשים בזווית של 300מהאנך. א .הסבר מדוע הזוויות של החוטים עם האנך שוות ,למרות שהמטענים שלהם שונים, ב .חשב את כוח הדחייה הפועל בין הכדורים ג .חשב את מכפלת המטענים q1 ⋅ q2 עתה מחברים את שני הכדורים עם תיל מוליך דק עד שמטעניהם משתווים, ומסירים אותו .עכשיו פורשים הכדורים בזווית של 400מהאנך )כל אחד(. ד .הסבר מדוע משתווים המטענים של הכדורים ומדוע סכומם נשאר קבוע, ה .מהו כוח הדחיה כעת? ו .מצא את ערכם של המטענים המקוריים .q2 q1 למדעים מורי -תיכון שלמוסט חיים לודבכיתותיהם .אין לעשות שימוש כלשהו ולהוראה הפיזיקה קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר (למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה); העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו. ε, r שאלה 3 A המעגל החשמלי שבציור מורכב ממקור מתח לא אידאלי ,נגד משתנה ,מד זרם אידאלי ומד מתח אידאלי. Rx V א .הסבר מהו "מד זרם אידאלי" ו"-מד מתח אידאלי" 3) .נק'( בגרף המצורף מתואר המתח על הנגד המשתנה כתלות בהתנגדות הנגד .ענה על השאלות הבאות בהסתמך על הנתונים בגרף: ב .מהו הכא"מ של הסוללה? ) 6נק'( ג .מהי התנגדותה הפנימית של הסוללה? ) 6נק'( ד .הסבר איך ימשיך הגרף אם התנגדות הנגד תעלה לערכים גדולים מאד? )"אינסוף"( )6 נק'( ה .עבור איזה ערך של הנגד מתקבל הספק מירבי? מה ערכו של הספק זה? ) 6נק'( ו .שרטט גרף איכותי של ההספק על הנגד כתלות בהתנגדות והסבר את אופיו 6) .נק'( למדעים מורי -תיכון שלמוסט חיים לודבכיתותיהם .אין לעשות שימוש כלשהו ולהוראה הפיזיקה קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר (למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה); העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו. שאלה 4 בתוך שדה מגנטי אחיד Bשרויה הצלע התחתונה )שאורכה ( Lשל מעגל חשמלי מלבני. המעגל החשמלי מורכב מסוללה ומסגרת מלבנית מוליכה שזורם בה זרם .i המעגל החשמלי תלוי בצד אחד של מאזניים מאוזנים ובעלי זרועות שוות כשבצידם השני משקולת .W1לאחר שהופכים את כיוון הזרם במעגל החשמלי יש לגרוע משקל W2מהמאזניים כדי לאזנם שנית. בטא תשובותיך באמצעות W1ו W2 -בלבד. א. מה משקל המעגל החשמלי )סוללה +מסגרת מוליכה(? ב. בטא את גודלו של הכוח המגנטי באמצעות W1ו.W2 - ג. מסובבים את המסגרת ב 45 0 -סביב הציר האנכי מהמצב הראשוני .בכמה יש לשנות את משקל הכף השמאלית כדי לאזן את המאזניים? האם צריך להוסיף משקל או לגרוע? ד. מסובבים את המסגרת המלבנית ב 45 0 -נוספות ) 90 0ביחס למצב ההתחלתי(, איזה משקולת יש לשים כעת על המאזניים כדי לאזנם? למדעים מורי -תיכון שלמוסט חיים לודבכיתותיהם .אין לעשות שימוש כלשהו ולהוראה הפיזיקה קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר (למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה); העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו. שאלה 5 בתרשים נראה מתקן המשמש לקביעת היחס בין מטען של חלקיק )המיונן פעם אחת( ובין מסתו. חלקיקים נפלטים ממקור חלקיקים במהירות איטית מאוד אל תוך הרווח שבין לוחות . A1 , A2 אל לוחות אלה מחובר מקור המספק מתח האצה . v0 לאחר האצתם נכנסים החלקיקים אל בין הלוחות D1ו D2 -המחוברים אף הם אל הדקיו של אותו מקור מתח .הלוחות D1ו D2 -מוחזקים במרחק dזה מזה וביניהם פועל גם שדה מגנטי אחיד Bהמכוון בניצב למישור התרשים )כמוראה בציור(..ניתן להניח שהשדה החשמלי הנוצר בין לוחות אלה הוא אחיד. לאחר שהחלקיקים יוצאים מבין הלוחות D1ו D2 -הם פוגעים במסך. מכוונים את המתח כך שאלומת החלקיקים תפגע במסך ללא הסחה. נתונים . d ,B , v0 : א. ב. ג. ד. ה. ו. ז. סמן את מהירות החלקיקים היוצאים דרך הלוח A2ב. u - בטא מהירות זו בעזרת מסת החלקיק mומטענו 5). qנק'( מה התנאי לכך שהחלקיקים ינועו בין הלוחות D1ו D2 -לאורך קו ישר? נסח תנאי זה באמצעות uוהשדות Eו B -הפועלים בין הלוחות D1ו 5). D2 -נק'( בטא את היחס ) qהיחס בין המטען ובין המסה( של החלקיקים בעזרת הגדלים ,B , v0 m . dהנמדדים בנסוי 5) .נק'( מצא את היחס qאם נתון שהשדה המגנטי הוא בעוצמה של , 0.5Tוהפרש m הפוטנציאלים הוא 4800vוהמרחק בין לוחות הקבל הוא 5 ). 1cmנק'( האם ניתן לקבוע בעזרת המתקן המופיע בתרשים את היחס qהן עבור חלקיקים m חיוביים והן עבור חלקיקים שליליים ? נמק!) 5נק'( מה יקרה למסלול האלומה אם נקטין את השדה המגנטי )בשעור קטן(? נמק! ) 4נק'( מה יקרה לאלומה אם נגדיל את השדה החשמלי )בשעור קטן(? ) 4נק'( למדעים מורי -תיכון שלמוסט חיים לודבכיתותיהם .אין לעשות שימוש כלשהו ולהוראה הפיזיקה קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר (למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה); העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו. תשובות להדמיה מספר 1 שאלה 1 א .משמעות הטענה היא ,שעל מנת לקרב מטען נוסף של 1cלכדור יש להשקיע עבודה של 5000j KQ KQ V 5000 =E =V =E = ב= 1 ⋅ 105 mV . 2 R R R 0.05 ג .כאשר מחברים את הכדורים הפוטנציאלים שלהם חייבים להשתוות ולכן תהיה תנועת אלקטרונים מ Bל B) Aייטען במטען חיובי(. VR = המטען על כדור Aלפני החיבור Q = 27.78nc K אחרי החיבור סכום המטענים נשמר והפוטנציאלים משתווים. אחרי לפני Q1 = 10.68ncהפוטנציאל המשותף הוא .V=1923v ד .לפני החיבור השדה היה רק מ Aואחרי החיבור השדה קטן אולם השדה מ Aגדול יותר מזה של Bכי רדיוסו קטן יותר. שאלה 2 הכוחות שווים לפי חוק הפעולה והתגובה. א .הכוח הפועל )לפי הפרדת כוחות(F = mg ⋅ tan 30 0 = 0.0231N : F ⋅ R2 ב .מכפלת המטענים= 6.415 ⋅ 10 −13 c 2 : k ג .הפוטנציאלים משתווים ,ןמאחר והכדורים זהים – גם המטענים משתווים. ד .כוח הדחיהF = mg ⋅ tan 40 0 = 0.03356 N : = q1 ⋅ q2 F ⋅ R2 ה .המטען המשותף= 1.24 µc : k q1 + q2 = 2q = 2.48µcלפי פתרון מערכת המשוואות: =q q1 ≈ 2.2 µc q2 ≈ 0.3µc שאלה 3 א .מד אידאלי הוא מכשיר שאינו משפיע על תוצאות המדידה .מד זרם אידאלי הוא בעל התנגדות זניחה ביחס למעגל ,ומד מתח אידאלי הוא בעל התנגדות אינסופית ביחס למעגל. ב) .כולל ג( נבחר שתי נקודות על הגרף ונציב בנוסחא V = ε − I ⋅ r V V = = וI = 6A V = 6v R = 1Ω : למשלI = 2A V = 10v R = 5Ω : R R ε = 12v נציב ונפתור את מערכת המשוואות ונקבל r = 1Ω ג .כלול בסעיף הקודם למדעים מורי -תיכון שלמוסט חיים לודבכיתותיהם .אין לעשות שימוש כלשהו ולהוראה הפיזיקה קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר (למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה); העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו. ד .כאשר ההתנגדות תשאף לאינסוף ,הזרם ישאף לאפס ,ומתח ההדקים ישאף )אסימפטוטית( לכא"מ .12v V = ולכן ה .ההספק המירבי מתקבל כאשר R = r = 1Ω ולפי הגרףI = 6A V = 6v : R P = V ⋅ I = 36w ו .ההספק מתאפס כאשר ההתנגדות אפס וכן כאשר היא גדולה מאד )אינסופית( היות ובמקרה זה הזרם מתאפס .ההספק מכסימלי כאשר R = r = 1 Ωולכן הגרף ייראה כך: )P(watt )R(ohm שאלה 4 במצב המתואר בציור הכוח המגנטי Fפועל כלפי מטה ולכן =W W+F 1 כאשר הופכים את כוון הזרם הכוח המגנטי פועל כלפי מעלה W1 − W2 =W − F 1 1 Wוהכוח המגנטי F = W2 ומכאן משקל המעגל = W1 − W2 2 2 כאשר מסובבים את המעגל ב 450הכוח קטן פי sin45ולכן יש להקטין את המשקל בכף השניה. 1 ' =W W כאשר המערכת מסובבת ב 900הכוח המגנטי מתאפס ולכן = W1 − W2 1 2 שאלה 5 א. 2qV0 m =u E ב .הכוח של השדה החשמלי שווה לכוח של השדה המגנטי B V q ג .ד. = 2 0 2 = 9.6 ⋅ 10 7 c Kg m 2d B =u ה .המערכת המתוארת בציור מתאימה לחלקיקים חיוביים בלבד. ו .ז .בשני המקרים האלומה תטה כלפי מטה. למדעים מורי -תיכון שלמוסט חיים לודבכיתותיהם .אין לעשות שימוש כלשהו ולהוראה הפיזיקה קובץ זה נועד אך ורק לשימושם האישי בקובץ זה לכל מטרה אחרת ובכלל זה שימוש מסחרי; פרסום באתר אחר (למעט אתר בית הספר בו מלמד המורה); העמדה לרשות הציבור או הפצה בדרך אחרת כלשהי של קובץ זה או כל חלק ממנו.