3 מספר – מתכונת בחשמל

‫מתכונת בחשמל – מספר ‪3‬‬
‫פתור ‪ 3‬מהשאלות ‪ – 1-5‬לכל שאלה ‪.33%‬‬
‫משך הבחינה ‪ 90‬דקות‬
‫חומר עזר מותר – מחשבון ונוסחאון של בגרות‬
‫שאלה מספר ‪1‬‬
‫נתונה מערכת של שלוש קליפות מוליכות ובעלות‬
‫מרכז משותף‪.‬‬
‫‪ A‬הקליפה הפנימית שרדיוסה ‪,2R‬‬
‫‪ B‬הקליפה האמצעית שרדיוסה ‪,4R‬‬
‫‪C‬‬
‫‪ C‬הקליפה החיצונית שרדיוסה ‪. 6R‬‬
‫הקליפה הפנימית טעונה במטען ‪.q1 = +q‬‬
‫הקליפה האמצעית מוארקת‪,‬‬
‫והקליפה החיצונית טעונה במטען ‪.q3 = -q‬‬
‫)ראה תרשים(‪.‬‬
‫א‪.‬‬
‫ב‪.‬‬
‫ג‪.‬‬
‫ד‪.‬‬
‫ה‪.‬‬
‫‪-q‬‬
‫‪B‬‬
‫‪A‬‬
‫‪+q‬‬
‫‪6R‬‬
‫‪2R‬‬
‫‪4R‬‬
‫האם הקליפה האמצעית ‪ B‬טעונה? אם לא‪ ,‬נמק‬
‫את תשובתך‪ .‬אם כן‪ ,‬מצא את מטענה‪ 10) .‬נקודות(‪.‬‬
‫חשב את עוצמת השדה החשמלי )גודל וכיוון(‬
‫במרחק ‪ 5R‬ממרכז המערכת‪ 5).‬נקודות(‪.‬‬
‫חשב את הפרש הפוטנציאלים בין הקליפה‬
‫האמצעית ‪ B‬לקליפה הפנימית ‪ 8) .A‬נקודות(‪.‬‬
‫משחררים אלקטרון שמטענו ‪ e‬ומסתו ‪ m‬מפני הקליפה המוארקת‪ .‬חשב את מהירותו‬
‫כשיפגע בפני הקליפה הפנימית‪ 4) .‬נקודות(‪.‬‬
‫נניח שבנקודת הפגיעה של האלקטרון נקדח חור קטן כך שהאלקטרון חודר לכדור‬
‫שרדיוסו ‪ .2R‬האם המהירות של האלקטרון בתוך הכדור תגדל תקטן או לא תשתנה? נמק‪.‬‬
‫)‪ 6‬נקודות(‬
‫שאלה מספר ‪2‬‬
‫‪V‬‬
‫המעגל החשמלי הבא כולל מקור מתח) ‪, (ε,r‬שני נגדים ‪ R1 = 3Ω‬ו‪R2 = 1Ω -‬‬
‫מכשירי מדידה אידיאליים ושני מפסקים ‪ S1‬ו‪. S2-‬‬
‫‪S‬‬
‫א( גם כאשר שני המפסקים סגורים‪ ,‬וגם כאשר ‪ S1‬סגור ו‪S2-‬‬
‫פתוח‪ ,‬מתפתח במעגל אותו הספק מנוצל‪.‬‬
‫מצא את ההתנגדות הפנימית ‪ r‬של מקור המתח‪.‬‬
‫‪.1‬‬
‫באיזה משני המקרים ההספק המבוזבז קטן יותר? הסבר‪.‬‬
‫‪.2‬‬
‫ב( כאשר ‪ S1‬פתוח ו‪ S2‬סגור‪ ,‬הוריית הוולטמטר היא ‪.1.2 V‬‬
‫מהי הוריית האמפרמטר ?‬
‫‪.1‬‬
‫מהו כא"מ‪ ,ε ,‬של מקור המתח?‬
‫‪.2‬‬
‫ג( לרשותך נורה חשמלית עליה רשום ‪ .2.1V , 1.47 W‬כאשר‬
‫שני המפסקים סגורים‪:‬‬
‫‪.1‬‬
‫איזה מבין הנגדים ‪ R1‬או ‪ R2‬עליך להחליף בנורה זו על‬
‫מנת שההספק המנוצל במעגל יהיה מכסימלי? נמק‪.‬‬
‫האם הנורה תאיר באורה המלא? הסבר‪.‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪R1‬‬
‫‪R2‬‬
‫‪S2‬‬
‫שאלה מס' ‪3‬‬
‫נתונות שלוש סוללות בעלות כא"מ שווה והתנגדות פנמית שונה‪ .‬ההתנגדויות הפנימיות‬
‫של הסוללות הן‪ r2 = 1.5r , r1 = 0.5r :‬ו‪ r3 = 3r -‬בהתאמה‪ .‬מחברים אל שלוש הסוללות‬
‫המחוברות בטור נגד משתנה ומודדים את המתח על הנגד המשתנה ואת הזרם במעגל‪.‬‬
‫תלמיד עורך ניסוי בו הוא משנה את ההתנגדות החיצונית ומודד את המתח על הנגד‬
‫המשתנה ואת הזרם במעגל‪ .‬להלן המדידות שערך התלמיד‪.‬‬
‫מתח על הנגד החיצוני )בוולט(‬
‫הזרם )באמפר(‬
‫‪5.5‬‬
‫‪0.5‬‬
‫‪5‬‬
‫‪1‬‬
‫‪4.5‬‬
‫‪1.5‬‬
‫‪3.5‬‬
‫‪2.5‬‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫א‪ .‬מצא את הקשר בין מתח ההדקים לזרם במעגל‪ 5 ).‬נק'(‬
‫ב‪ .‬שרטט גרף של המתח על הנגד החיצוני כתלות בזרם במעגל‪ 4 ) .‬נק'(‬
‫ג‪.‬‬
‫בעזרת הגרף ששרטטת‬
‫‪ .1‬מצא את הכא"מ של כל סוללה‪ 3) .‬נק'(‬
‫‪ .2‬מצא את ההתנגדות הפנימית של כל סוללה‪ 4) .‬נק'(‬
‫‪ .3‬מצא את זרם הקצר‪ 3 ) .‬נק'(‬
‫ד‪.‬‬
‫מצא עבור איזה ערך של נגד חיצוני נקבל את ההספק המכסימלי‪ ,‬מצא את ההספק‬
‫המכסימלי המתקבל‪ 5) .‬נק'(‬
‫ה‪ .‬מחברים שלוש סוללות זהות‪ ,‬הכא"מ של כל סוללה ‪ 1.5volte‬וההתנגדות הפנימית של‬
‫כל סוללה היא ‪ . 0.5Ω‬בכל פעם חיבור הסוללות משתנה‪.‬‬
‫שרטט גרף של מתח ההדקים כתלות בזרם בכל אחד מהמצבים המתוארים להלן‪.,‬‬
‫חשב את נקודות החיתוך עם הצירים ואת שיפועי הגרפים‪.‬‬
‫‪ .1‬מחברים את הסוללות בטור‪ 3) .‬נק'(‬
‫‪ .2‬מחברים את הסוללות בטור שאחת מהן הפוכה‪ 3 ) .‬נק'(‬
‫‪ .3‬מחברים את שלושת הסוללות במקביל‪ 3) .‬נק'(‬
‫שאלה מספר ‪4‬‬
‫בסליל ארוך שצפיפות כריכותיו ‪ n‬ליפופים‬
‫למטר ומחוגו ‪ ,2a‬עובר זרם המשתנה בזמן‪.‬‬
‫הפונקציה המתארת את גודלו של הזרם‬
‫כפונקציה של הזמן הוא‪:‬‬
‫‪2‬‬
‫‪. i( t ) = α ⋅ i0 t‬‬
‫סליל קטן הנמצא בתוך הסליל הגדול בעל ‪N‬‬
‫כריכות‪ ,‬ורדיוס ‪ a‬מחובר לנגד שהתנגדותו ‪.R‬‬
‫א‪.‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫כתוב ביטוי לשדה המגנטי דרך הסליל‬
‫הגדול‪ .‬קבע גם את כיונו‪ 5) .‬נק'(‬
‫כתוב ביטוי לשטף המגנטי דרך הסליל‬
‫הקטן‪ 6) .‬נק'(‬
‫ב‪ .‬מצא את הכא"מ המושרה בסליל הקטן‪6) .‬‬
‫נק'(‬
‫ג‪.‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫מצא את גודלו של זרם המושרה בנגד‪ 4) .‬נק'(‬
‫מה כיוון הזרם המושרה בנגד? הסבר‪ 6) .‬נק'(‬
‫‪y‬‬
‫‪x R‬‬
‫ד‪ .‬מצא את הזרם המושרה על הסליל הקטן כאשר הזרם בסליל הראשוני )הגדול( הוא זרם‬
‫קבוע‪ 6) .‬נק'(‬
‫שאלה מספר ‪5‬‬
‫בתוך שדה מגנטי אחיד ‪ B‬מצויה הצלע התחתונה )שאורכה ‪ (l =0.1m‬של מעגל חשמלי‬
‫מלבני )ראה תרשים ו'(‪.‬‬
‫המעגל החשמלי מורכב מסוללה נגד משתנה ומסגרת מלבנית מוליכה שזורם בה זרם ‪.i‬‬
‫המעגל החשמלי תלוי בצד אחד של מאזניים מאוזנים ובעלי זרועות שוות כשבצידם השני‬
‫משקולת‪ .‬מאזנים את המאזנים כאשר לא זורם זרם בכריכה‪.‬‬
‫תלמיד ערך ניסוי‪ .‬הוא שינה את הזרם ובכל פעם הוסיף משקולות ואזן את המאזניים‪.‬‬
‫התלמיד רשם את התוצאות בטבלה הבאה‪:‬‬
‫המסה המאזנת בגרמים‬
‫הזרם באמפר‬
‫‪60‬‬
‫‪1‬‬
‫‪70‬‬
‫‪2‬‬
‫‪80‬‬
‫‪3‬‬
‫‪90‬‬
‫‪4‬‬
‫‪100‬‬
‫‪5‬‬
‫א‪ .‬במצב המתואר‬
‫‪ .1‬קבע את כיוון השדה המגנטי‪ .‬נמק‪ 3) .‬נק'(‬
‫‪ .2‬קבע איזה צד הוא הקוטב הצפוני‪ .‬נמק‪ 2) .‬נק'(‬
‫ב‪ .‬רשום את הקשר הפיזיקאלי בין המסה המאזנת לבין הזרם בכריכה‪ 6) .‬נק'(‬
‫ג‪.‬‬
‫שרטט גרף של המסה המאזנת למול הזרם בכריכה ומצא‪:‬‬
‫‪ .1‬את המסה של המסגרת המוליכה)סוללה ‪ +‬מסגרת מוליכה‪ +‬נגד משתנה(‪ 3) .‬נק'(‬
‫‪ .2‬את עוצמת השדה המגנטי‪ 3) .‬נק'(‬
‫הסבר חישוביך!‬
‫ד‪ .‬מסובבים את המסגרת המלבנית ב‪ 45º -‬סביב הציר האנכי מהמצב הראשוני‪ ,‬כאשר זרם‬
‫של ‪ 5‬אמפר זורם בכריכה‪ .‬בכמה יש לשנות את משקל הכף השמאלית כדי לאזן את‬
‫המאזניים? האם צריך להוסיף משקל או לגרוע? הסבר‪ 8) .‬נקודות(‬
‫ה‪ .‬מסובבים את המסגרת המלבנית ב‪ 45º -‬נוספות סביב הציר האנכי )כלומר‪ 90º ,‬ביחס‬
‫למצב ההתחלתי(‪ .‬איזה משקולת יש לשים כעת עת המאזניים כדי לאזנם? הסבר‪8) .‬‬
‫נקודות(‬
‫בהצלחה☺‬