אלקטרומגנטיות -מבחן הדמיה מספר – 2תשעא ענה על 3מבין 5השאלות הבאות .משך המבחן 105דקות. שאלה 1 שני לוחות בעלי שטח Aכל אחד טעונים במטען +qו , -q -נמצאים במרחק dזה מזה. הנח שממדי הלוחות גדולים מאוד יחסית למרחק שביניהם .בסעיפים הבאים הזנח את כוח הכובד .נתון, q= 10-8 C , A= 0.16 m2 : , d = 1 cm +q -q P -e N 3 2 d d א .חשב את צפיפות המטען האחידה σ 1 של כל לוח 4) .נקו'( ב .חשב את השדה החשמלי )גודל וכיוון( באזורים 2,1 :ו 6) . 3-נקו'( ג .אלקטרון שמסתו m=9.11*10-31 kgומטענו e=-1.6*10-19 Cמשוחרר ממנוחה בנקודה . Pמהי צורת מסלולו ומהו סוג התנועה באזור ? 2הסבר ) 6נקו'( ד .תוך כמה זמן יגיע האלקטרון ללוח הימני? ובאיזו מהירות? ) 10נקו'( הלוח הימני מחורר על ידי מספר נקבים שהאלקטרון יכול לעבור דרכם. ה .מהי צורת מסלולו ומהו סוג התנועה באזור ?3הסבר ) 4נקו'( ו .האם האלקטרון יגיע לנקודה Nהנמצאת מול נקודה ?Pאם לא,הסבר מדוע לא ואם כן ,תוך כמה זמן? ) 3נקו'( הנוסחא למציאת שדה חשמלי של לוח אחד אינסופי E = 2πkσ - 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 2 תלמיד קיבל לידיו " 2קופסאות שחורות" – נודע לו כי ,בכל קופסה 3נגדים זהים ,בעלי התנגדות , Rהמחוברים זה לזה .על מנת לברר כיצד מחוברים שלושת הנגדים בכל קופסה ,מדד ושרטט התלמיד ,אופיין זרם-מתח של כל אחת מן הקופסאות . לפניכם שני האופיינים ,באותה מערכת צירים. 5.4 4.5 א 3.6 V(Volt) 2.7 ב 1.8 0.9 0 1.2 0.9 0.6 0.3 0 )I(Amp א. צייר את כל אפשריות החיבור של שלושת הנגדים הזהים. ) 4נק'( ב. איזה חיבור מתאים לגרף א' ואיזה לגרף ב' ? נמקו . ) 6נק'( ג. מהי התנגדות הנגד ? Rצרפו חישוב. ד. התלמיד חיבר אחת הקופסאות למקור מתח ישר ומדד מתח של 8וולט על פני הקופסה .אחר כך ,ניתק את הסוללה מן הקופסה וחיבר אליה את הקופסה השנייה .הפעם מדד מתח של 9וולט על פני הקופסה . 1 ) 4 /3נק'( באיזו קופסה השתמש בראשונה ובאיזו קופסה בשנייה ? נמקו. ה. חשבו את (1 (2 הכא"מ של מקור המתח. ההתנגדות הפנימית של מקור המתח. ) 7נק'( ) 6נק'( ) 6נק'( 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 3 תלמידה ביצעה ניסוי על מנת למדוד את הכא"מ ואת ההתנגדות הפנימית של סוללה. לצורך ביצוע הניסוי היא חיברה את המעגל הבא: המעגל כולל מקור מתח בעל כא"מ εוהתנגדות פנימית ,r מד מתח ,Vמד זרם Aונגד משתנה )ראוסטט(. התלמידה שינתה את התנגדות הראוסטט ,ובכל מצב היא מדדה A את המתח והזרם המעגל. לאחר ביצוע הניסוי שרטטה התלמידה גרף של המתח על הסוללה כתלות בזרם במעגל. ראוסטט להלן תוצאות הניסוי: מתח הדקים כתלות בזרם 5 6 3 2 1 )V(v 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 4 V )V(v 9.4 7 6 5 2 )I(A 1.3 2.5 3 3.5 5 0 )I(A א. ב. ג. ד. ה. בן זוגה של התלמידה אמר" :זה מוזר ,כי לפי חוק אוהם ) (V=RIהמתח צריך להיות ביחס ישר לזרם ,ואילו לפי תוצאות הניסוי המתח יורד ככל שהזרם עולה". הסבר לתלמיד איפה הטעות שלו ,ומדוע המתח יורד ככל שהזרם גדל. הסבר את ההבדל בין מתח הדקים לכא"מ. לפי תוצאות הניסוי ,מהו הכא"מ של הסוללה ומהי התנגדותה הפנימית? חשב את התנגדות הראוסטט עבור כל מדידה. מהו זרם הקצר )הזרם המירבי באפשרי(? הסבר איך מצאת אותו. 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 בין שני לוחות מקבילים ארוכים המחוברים למקור מתח , Vמצוי מקור Sשל שני סוגי חלקיקים: פרוטונים)מסתם mpומטענם (+eוחלקיקי )αמסתם 4mpומטענם .(+2e בין הלוחות המקבילים מתקיים הפרש מתחים Vהמשמש להאצת החלקיקים . א .פתח ביטוי פרמטרי למהירות של כל אחד מהחלקיקים המגיעים לפתח S1באמצעות הגדלים 8).V ,e, mpנק(. 7 ב .מפעילים מתח האצה של 10וולט ויוצרים שדה מגנטי אחיד ,Bשגודלו 2טסלה ,המכוון אל תוך מישור התרשים בתחום שמימין לפתח .S1 .1חשבו את מהירויות שני סוגי החלקיקים בכניסה לשדה המגנטי6).נק(. .2מהו המרחק בין נקודות הפגיעה של שני סוגי החלקיקים בלוח הימני ,לאחר שהשלימו חצי סיבוב בשדה המגנטי?) 6נק(. .3מה צריך להיות ערכו של המתח , Vאם רוצים להגדיל פי שניים את המרחק בין נקודות הפגיעה שחושב בסעיף הקודם?) 5נק(. ג .מפעילים מתח האצה של 107וולט .מוסיפים עתה למערכת חריץ S2ומעוניינים לקבל אלומת פרוטונים טהורה היוצאת דרך החריץ . S2 .1מהו גודלו וכיוונו של שדה חשמלי אחיד Eשיש להפעיל ,בתחום שבו שורר השדה המגנטי ,Bכדי להבטיח את יציאתם של הפרוטונים דרך 4.33). ? S2נק(. .2מה יקרה לחלקיקי αכתוצאה מהכנסת השדה החשמלי? הסבר תשובתך 4).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 5 בתמונה מתואר מכשיר למדידת הכוח הפועל על זרם חשמלי בשדה מגנטי )מאזני זרם(. המכשיר מורכב ממגנט בצורת Uהמונח על מאזניים רגישות ומלולאה נושאת זרם. כאשר הלולאה מוכנסת לשדה המגנטי, הוריית המאזניים משתנה בהתאם לזרם בלולאה. אורך התיל האופקי שנכנס לשדה המגנטי הוא 2ס"מ. להלן תוצאות של הוריית המאזניים עבור זרמים שונים) .שים לב שהורייות המאזניים נתונות ביחידות גרם( 3 230 2 2.5 220.0 224.9 1.5 215.1 )I(A 1 M(gram) 209.8 א .הסבר מדוע הוריית המאזניים משתנה כאשר זורם זרם בלולאה. ב .מה כוון השדה המגנטי במערכת ,לתוך הדף או החוצה? נמק! ג .האם פועל כוח שקול בכוון האופקי? אם כן – לאיזה כוון )ימינה או שמאלה( ,ואם לא – נמק מדוע. ד .שרטט גרף של הוריית המאזניים כתלות בזרם ,ומצא לפי הגרף את עצמת השדה המגנטי ואת משקל המגנט. 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. מחוון פתרון למבחן הדמיה מספר 2 שאלה 1 q א .צפיפות המטען על כל לוח = 6.25 ⋅ 10−8 c m2 A ב .השדה החשמלי באזור 2בין הלוחות E = 4πkσ = 7068.6 N cבכוון שמאל .מחוץ לקבל )באזורים 1ו ( 3השדה מתאפס. ג .תנועה שוות תאוצה בקו ישר. 2d qE =t )= 4 ⋅ 10−9 s (4ns v = a ⋅ t = 5 ⋅ 106 m s = דa = 1.24 ⋅ 1015 m s2 . a m ה .מהירות קבועה בקו ישר – באזור זה אין שדה ולא פועל כל כוח על האלקטרון ) gזניח( d = ו .כן – הגוף יגיע לנקודה Nתוך t = 2ns v שאלה 2 =σ 3/2R א. 3R 2 1 2/3R 1/3R 3 ב. 4 לפי הגרפים ,ההתנגדויות של הקופסאות השחורות הן 4.5ו 2אום יחס ההתנגדויות הוא 1:2.25זהו היחס בין חיבור מס' 1וחיבור מס' 4 לכן גרף א מתאים לחיבור 1וגרף ב' לחיבור 4 ג. התנגדות נגד בודד תהיה 3אום כי ד. החיבור הראשון נתן מתח נמוך יותר ומכיוון שהתנגדות חיצונית קטנה יותר פירושה מתח הדקים קטן יותר הרי שראשונה חוברה הקופסה שההתנגדות שלה היא 2אום. ה. נחשב את הזרם בכל חיבור כשלב ראשון כעת ניתן להציב במשוואת הכא"מ את הזרמים ולפתור 3/2R=4.5 I1= 8/2 = 4 amp I2= 9/4.5 = 2 amp 8 = ε- 4r 9 = ε-2r r = 0.5 Ω 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= 10 volt שאלה 3 א .לפי חוק אוהם – המתח נמצא ביחס ישר לזרם רק כאשר ההתנגדות קבועה .בניסוי המתואר בשאלה – ההתנגדות משתנה .ככל שהזרם גדל ,מתבזבז יותר מתח על הסוללה ולכן מתח ההדקים יורד. ב .כא"מ הוא המתח האצור בסוללה ,ומתח הדקים זה המתח שמסופק למעגל. V = ε − I⋅r ג. ε =12v r = 2Ω )I(A )V(v) R(Ohm ד. 1.3 9.4 7.2308 ε ה .זרם הקצר הוא I=6Aלפי חיתוך עם ציר Xאו =I 2.5 7 2.8 r 3 6 2 3.5 5 1.4286 5 2 0.4 שאלה 4 2eV eV = v pולחלקיק האלפא א .לפרוטון mp mp = vα =v ב (1 .לפרוטון v p == 4.38 ⋅107 m sולחקיק האלפא 3.1 ⋅107 m s α (2קטרי הסיבוב הם בהתאמה 45.7cmו 64.6cmוהמרחק ביניהם .18.9cm 7 (3כדי שהמרחקים יגדלו פי 2המהירויות צריכות לגדול פי 2ולכן המתח יגדל פי V= 4 ⋅10 v . 4 ג .גודל השדה החשמלי E = B ⋅ v = 8.76 ⋅107 N c -וכוונו כלפי מטה .חלקיקי האלפא יסטו למטה.. שאלה 5 א .השדה המגנטי מפעיל כוח על הזרם החשמלי ,ולפי חוק הפעולה והתגובה ,הזרם מפעיל כוח על המגנט, השווה בגודלו ומנוגד בכוונו. ב .הכוח הפועל על המגנט הוא כלפי מטה )הוריית המאזניים גדלה( ,ולכן הכוח שהשדה המגנטי מפעיל על הזרם הוא כלפי מעלה .לפי כלל יד ימין ,השדה הוא לתוך הדף. ג .השדה השקול בכוון האופקי מתאפס. B=5T = B⋅L ד .לפי השיפוע 0.1 N A - לפי החיתוך עם ציר Yמשקל המגנט – .mg=2N 2.35 2.3 y = 0.1004x + 1.9988 2.2 2.15 2.1 4 3 2 )I(amp 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. 1 0 2.05 )mg(N 2.25
© Copyright 2024