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' )‬