‫‪-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' )‬