‫בחינות מתכונת בפיזיקה‬
‫קרינה וחומר‬
‫כתיבה ועריכה‪ :‬שי בניונס‬
‫כל הזכויות שמורות©‬
‫אין להעתיק או להפיץ מסמך זה ‪ ,‬או קטעים מימנו‪ ,‬בשום אמצעי מכני (הקלטה או צילום) או אלקטרוני‬
‫‪,‬ללא אישור בכתב‪.‬‬
‫צילום ו‪/‬או העתקה מספר זה מהווים הפרה של זכויות יוצרים ‪ ,‬והינם עבירה פלילית‬
‫‪1‬‬
‫‪)1‬‬
‫בתרשים א מוצגת מערכת ובה עדשה מרכזת ‪ LB‬בציר האופטי נמצא העצם ‪ AB‬במרחק ‪ 02‬סנטימטר מהעדשה‪.‬‬
‫נתון שרוחק המוקד מהעדשה הוא ‪ 54‬סנטימטר‪.‬‬
‫הערה‪ -‬כל צלע בלוח המשבצות מייצגת אורך של ‪ 4‬סנטימטר ‪ ,‬והתייחס לכל סעיף לגופו‪.‬‬
‫‪L‬‬
‫‪A‬‬
‫‪B‬‬
‫‪B‬‬
‫תרשים א'‬
‫א)העבר שלוש קרניים ראשיות מהעצם לדמות ‪ ,‬ופרט איזו דמות נוצרה (ממשית‪/‬מדומה ‪ ,‬הפוכה‪/‬ישרה‬
‫מוגדלת‪/‬שווה בגודלה לעצם‪/‬מוקטנת) ‪ ,‬מצא את מרחק הדמות מעדשה‪.‬‬
‫ב)אמת תשובותיך באמצעות חישובים ‪ ,‬וחשב את עוצמת העדשה‪.‬‬
‫ג)הצע דרך כדי לראות דמות הנוצרת באמצעות עדשה זו‪.‬‬
‫ד)שמו לוח אטום בין הדמות לעצם האם אדם אשר עיניו הנמצאות בתרשים א יכול לראות את הדמות ?‬
‫ה)מה הם התנאים כדי שתיווצר בעדשה מרכזת דמות השווה בגודלה לעצם?‬
‫‪)0‬ברשותו של תלמיד מיכל ובו אטומי מימן ‪ ,‬התלמיד עושה מספר ניסויים‪:‬‬
‫בניסוי הראשון הוא מעביר אלומת של קרינה אלקטרו מגנית בעלת אורך כל של ‪λ =150nm‬‬
‫בניסוי השני התלמיד מעביר דרך המיכל אלומת אלקטרונים בעלי אנרגיה של ‪12.25ev‬‬
‫א)חשב את שלושת רמות האנרגיה הבאות של אטום המימן שבמיכל ‪,‬אשר נתון‬
‫‪ ,‬שרמת היסוד מוגדרת‪,n=1 ,‬בעלת אנרגיה ‪E=-13.6ev‬‬
‫ב)הסבר לאיזה רמת עורר האטום בניסוי הראשון והשני ‪,‬ואם האטום לא עורר נמק מדוע‪.‬‬
‫ג)כאשר האטום עורר ‪,‬פרט איזה אורכי גל נבלעו‪.‬‬
‫ד)הסבר את ההבדל בין ספקטרום הבליעה לספקטרום הפליטה ומצא את אורכי הגל שנפלטו לאחר עירור‬
‫האטום‪.‬‬
‫ה)שרטט דיאגרמת רמות של אטום המימן הכולל את הקווים הספקטרליים של הפליטה והבליעה‪.‬‬
‫ו)ציין איזה אנרגיות מציינות רמות אנרגיה של האטום‪.‬‬
‫צילום ו‪/‬או העתקה מספר זה מהווים הפרה של זכויות יוצרים ‪ ,‬והינם עבירה פלילית‬
‫‪2‬‬
‫‪)3‬בחקירת תא פוטואלקטרי תלמיד עורך מספר ניסויים בתא הפוטואלקטרי באמצעות פנס לייזר הנמצא ברשותו‪.‬‬
‫בניסוי הראשון הוא מעביר אלומה של קרינה אלקטרו מגנית בעלת אורך גל ‪λ =023nm‬‬
‫בניסוי השני התלמיד מחליף את פנס הלייזר בנורת להט בעלת תחום אורכי גל ‪522 ≤ λ(nm) ≥022‬‬
‫בניסוי השלישי התלמיד מקרב את נורת הלהט אל עבר הקטודה‪.‬‬
‫פונקציית העבודה של הקטודה היא ‪07.2ev‬‬
‫א)מצא באיזה ניסויים נעקרים אלקטרונים מהקטודה‪.‬‬
‫ב)הגדר את המושגים "מתח עצירה" "תדירות סף"‬
‫ג)מצא את אורך הגל המינמלי ‪,‬ואת תדירות הסף שבו מתחילים להעקר אלקטרונים מהקטודה‪ ,‬פרט חישובייך‪.‬‬
‫ד)שרטט אופיין של מתח במעגל כפונקציה של התדירות ‪,‬ורשום על הגרף מה מציינים נקודות החיתוך של‬
‫משוואת הגרף‪.‬‬
‫‪) 5‬תלמיד בונה מעגל חשמלי הבנוי מתא פוטואלקטרי ‪ ,‬שבו התלמיד מכוון נורה בעלת הספק של ‪P=30mw‬‬
‫נתון ש ‪ 02%‬מהפוטונים הנפלטים ממקור האור פוגעים בקטודה ‪,‬בנוסף ‪ 02%‬מכלל האלקטרונים הנפלטים‬
‫מהקטודה פוגעים באנודה‪.‬‬
‫הנורה מפיקה אור מונוכרומטי בעלת אורך גל ‪ λ =253nm‬פונקצית העבודה של הקטודה היא ‪72.1ev‬‬
‫א)חשב את האנרגיה של הפוטון‪.‬‬
‫ב)חשב את מתח העצירה‪.‬‬
‫ג)חשב את זרם במעגל כאשר ההפרש הפוטצאלים בין האנודה לקטודה שווה לאפס‬
‫ד)כאשר התלמיד מקרב את הפנס אל עבר הקטודה מצא ונמק אלו פרמטרים השתנו כתוצאה מפעולה זו?‬
‫ה)שרטט מעגל חשמלי שבו התלמיד יוכל לבצע את הניסוי‪.‬‬
‫צילום ו‪/‬או העתקה מספר זה מהווים הפרה של זכויות יוצרים ‪ ,‬והינם עבירה פלילית‬
‫‪3‬‬
‫‪)5‬נתון תרשים א שבו ממוקמים הדמות והעצם ‪ ,‬כל משבץ בלוח תרשים זה אורכה כ ‪.1cm‬‬
‫סימון – עצם ‪ , AB‬דמות ’‪A’B‬‬
‫‪A‬‬
‫‪B‬‬
‫’‪B‬‬
‫’‪A‬‬
‫תרשים א‬
‫א)מצא את המרחק בין העצם לעדשה ואת רחוק המוקד מהעדשה‬
‫ב)חשב את עוצמת העדשה ביחידות דיופטר‪.‬‬
‫ג)הצע דרכים לראות את הדמות נוצרת באמצעות העדשה‪.‬‬
‫ד)מצא את היחס בין בין גובה הדמות לגובה העצם‪.‬‬
‫‪ (0‬בקאנטרי " נופים ונהנים" באמצע שחייתו של ילד נפל פנס מתוך כיסו של הילד ‪ ,‬מאוחר יותר כאשר הפנס הגיע‬
‫לקרקעית הבריכה הילד שם לב לתופעה משונה בקרקעית הבריכה‪.‬‬
‫סביב הנורה היה עיגול שחור אך מסביב לעיגול השחור היה אור בהיר ‪,‬לבן בצבע האור הנפלט מהפנס‪.‬‬
‫מקדם השבירה של הנוזל ‪1.33‬‬
‫‪H=1.2‬‬
‫‪m‬‬
‫א)הסבר את התופעה שהבחין הילד בקרקעית הבריכה‪.‬‬
‫נתון שרדיוס העיגול שבו לא הגיע האור הוא ‪ R=32cm‬גובה מפלס המים בבריכה הוא ‪ 2.0‬מטר‪.‬‬
‫ב)מצא את הזווית הקריטית‪.‬‬
‫צילום ו‪/‬או העתקה מספר זה מהווים הפרה של זכויות יוצרים ‪ ,‬והינם עבירה פלילית‬
‫‪4‬‬
‫‪) 0‬תלמיד ערך ניסוי בתא פוטו אלקטרי‪ ,‬אשר הטיל עליו אלומות של קרינה מונוכרומטית ‪,‬בזו אחר זו על הקטודה‬
‫של התא פוטואלקטרי ‪,‬אשר מדד את מתח העצירה של הקטודה העשויה מנתרן כפונקציה של תדירות הקרינה‪.‬‬
‫לפניך גרף של מתח העצירה כפונקציה של התדירות מתוצאות מניסוי של התלמיד‪:‬‬
‫)‪V0(v‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪F (10^14)hz‬‬
‫‪9 10 11 12 13 14 15‬‬
‫‪2‬‬
‫‪22 2‬‬
‫‪8‬‬
‫‪7‬‬
‫‪6‬‬
‫‪5‬‬
‫‪2 2 2‬‬
‫‪3 4‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪-1‬‬
‫‪-2‬‬
‫א)חשב את תדירות הסף ואת פונקציית העובדה של הקטודה‪.‬‬
‫ב)ברשותו של התלמיד פנס לייזר הפולט קרינה מונוכרומטית בעלת אורך גל של ‪,λ =253nm‬‬
‫חשב את האנרגיה הקינטית של האלקטרונים הנפלטים מהקטודה‪.‬‬
‫ג)כאשר התלמיד מקרב את פנס הלייזר אל עבר הקטודה פרט אם השתנו הפרמטרים של הגרף ‪ ,‬אם הסבר‬
‫מדוע‪.‬‬
‫ד)שרטט גרף איכותי של עוצמת הזרם במעגל כנפונקציה של מתח‪.‬‬
‫‪) 8‬חוקר אשר מעוניין לבצע את ניסוי של יאנג עושה שני חריצים צרים בלוחית הנמצאים במרחק ‪d=56mm‬‬
‫ומעביר דרכה אור מונוכרומטי ופוגע במרקע במרחק ‪L=1.5‬‬
‫על המרקע מתקבל תבנית ההתאבכות הבאה ‪:‬‬
‫‪15.2cm‬‬
‫א)חשב את אורך הגל של הקרינה המונוכרומטית‪.‬‬
‫ב)נתון שהחוקר קירב את הלוחית למסך ‪ ,‬מצא את הפרמטרים אשר השתנו בתבנית ההתאבכות‪.‬‬
‫ג)מכניסים את המערכת לתוך בריכה ‪ ,‬מה ישתנה בתבנית התאבכות הנוצרת במרקע כתוצאה מפעולה זה?‬
‫צילום ו‪/‬או העתקה מספר זה מהווים הפרה של זכויות יוצרים ‪ ,‬והינם עבירה פלילית‬
‫‪5‬‬
‫‪)9‬נתונים שני התרשימים א‪ ,‬ב‪.‬‬
‫א)מצא את משרעת הגל‪.‬‬
‫ב)מצא את זמן המחזור של הגל‪.‬‬
‫ג)חשב את מהירות התפשטות הגל‪.‬‬
‫ד) כאשר התלמיד מנדנד באותה צורה את החבל במים‪ ,‬נמק איזה פרמטרים השתנו ואיזה לא כתוצאה מפעולה‬
‫זו‪.‬‬
‫צילום ו‪/‬או העתקה מספר זה מהווים הפרה של זכויות יוצרים ‪ ,‬והינם עבירה פלילית‬
‫‪6‬‬
‫‪) 12‬תלמיד מרכיב מעגל המורכב מתא פוטואלקטרי ‪ ,‬התלמיד אינו בקיא בהוראות של התא פוטואלקטרי אשר‬
‫קיבל הוראות מפורטות כיצד פועל תא זה‪ ,‬אך ההוראות רשומות בשפה הסינית ‪ ,‬למרות זאת מוצא הלמיד בין‬
‫ההוראות את תרשים א‪.‬‬
‫תרשים א‬
‫א)חשב את אורך גל סף‪.‬‬
‫ב)מצא את פונקציית עבודה של הקטודה‪.‬‬
‫התלמיד רוצה להגדיל את הזרם במעגל ‪ ,‬לכן הוא מחבר אמפרפמטר בטור למעגל‪.‬‬
‫ג)הצע דרך שבאמצעותה יוכל התלמיד להגדיל את הזרם‪.‬‬
‫התלמיד מחליף בין הדקי הסוללה (מתח נגדי) ‪ ,‬ומעוניין למדוד מתח עצירה גבוה יותר‪.‬‬
‫ד)הצע דרך שבאמצעותה יוכל התלמיד לבצע ניסוי זה‪.‬‬
‫ה)שרטט את המעגל החשמלי הכולל את את התא הפוטואלקטרי שהתלמיד בנה‪.‬‬
‫צילום ו‪/‬או העתקה מספר זה מהווים הפרה של זכויות יוצרים ‪ ,‬והינם עבירה פלילית‬
‫‪7‬‬
‫תשובות סופיות‪:‬‬
‫‪)1‬א)דמות מדומה‪ ,‬ישרה ומוגדלת‬
‫ב) ‪C=2.22D , V=-36cm‬‬
‫ג)לשים את עינינו בתחום שבו אפשר לראות את העדשה‪.‬‬
‫ד)כן‪ ,‬הדמות נוצרה מהמשכיהן של הקרניים המדומות‪.‬‬
‫ה)‪U=2f‬‬
‫‪)0‬א)‪n=2 Eph=-3.4ev‬‬
‫‪Eph=-1.51ev‬‬
‫‪n=3‬‬
‫‪Eph=-0.85ev‬‬
‫‪n=4‬‬
‫ב)ניסוי ראשון לא מעורר את האטום ‪ ,‬אשר דרוש אנרגיה של פוטון בעלת אנרגיה מדוייקת השווה להפרש בין‬
‫האנרגיה‪.‬‬
‫בניסוי השני האטום עורר עד רמה ‪. n=3‬‬
‫ג)אורכי הגל שנבלעו‬
‫‪λ=102.56 nm‬‬
‫‪n=2‬‬
‫‪n=1‬‬
‫‪λ=121.56nm‬‬
‫‪n=3‬‬
‫‪n=1‬‬
‫ד)אורכי הגל שנפלטו‪:‬‬
‫‪λ=121.56nm‬‬
‫‪n=1‬‬
‫‪n=3‬‬
‫‪λ=102.56 nm‬‬
‫‪n=1‬‬
‫‪n=0‬‬
‫‪λ=040.28 nm‬‬
‫‪n=2‬‬
‫‪n=3‬‬
‫צילום ו‪/‬או העתקה מספר זה מהווים הפרה של זכויות יוצרים ‪ ,‬והינם עבירה פלילית‬
‫‪8‬‬
‫ה)דיאגרמת רמות אטום המימן הכולל קווים ספקטרליים של בליעה ופליטה‪:‬‬
‫ו)אנרגיה קינטית ואנרגיה פוטנצאלית חשמלית‬
‫‪)3‬א)בניסוי הראשון‪.‬‬
‫ב)מתח עצירה‪ -‬המתח הדרוש כדי לעצור את האלקטרונים בעלי אנרגיה הקינטית הגבוה ביותר מלהגיע לקולט‪.‬‬
‫תדירות סף‪ -‬מתדירות זו מתחילים להעקר אלקטרונים מהפולט‪.‬‬
‫=‪λo=000nm fo‬‬
‫ג)‬
‫ד)‬
‫‪)5‬א)‪EPh=4.96ev‬‬
‫ב) ‪V2= 0.80ev‬‬
‫ג)‪I=0.72mA‬‬
‫ד)הזרם במעגל יגדל‪ ,‬כתוצאה מהגדלת כמות האלקטרונים הנפלטת מהפולט‪.‬‬
‫ה)‬
‫‪)4‬א)‪U=7cm f=4.8cm‬‬
‫ב)‪C=20.83D‬‬
‫צילום ו‪/‬או העתקה מספר זה מהווים הפרה של זכויות יוצרים ‪ ,‬והינם עבירה פלילית‬
‫‪9‬‬
‫ג)‪-‬להציב מסיך במקום בו נוצרת הדמות‬
‫ לשים עיניינו בתחום שיש חפיפה בין קרניים מהעצם לדמות‪.‬‬‫ד)‪M=2‬‬
‫‪)0‬א)החזרה מלאה‪.‬‬
‫ב)‪αc=23.19‬‬
‫‪(0‬א) ‪B=2.5ev‬‬
‫ב)‬
‫ג)לא‪ ,‬האנרגיה הקינטית של האלקטרונים אינה משתנה‪.‬‬
‫ד)‬
‫=‪λ‬‬
‫‪)8‬א)‪m‬‬
‫ב)רוחב הפס יהיה קצר יותר‪7‬‬
‫ג)אורך הגל יקטן ‪ ,‬לכן על חוק יאנג רוחב הפס יהיה קצר יותר‪7‬‬
‫‪)9‬א)‪A=2cm‬‬
‫ב)‪T=4s‬‬
‫ג)‪V=0.015m/s‬‬
‫ד)מהירות הגל השתנה תכונות התווך השתנו ‪ ,‬תדירות זהה (אותו מחולל)‬
‫‪)03‬א)‬
‫=‪λ3‬‬
‫צילום ו‪/‬או העתקה מספר זה מהווים הפרה של זכויות יוצרים ‪ ,‬והינם עבירה פלילית‬
‫‪10‬‬
‫ב)‪B=4.96ev‬‬
‫ג)לקרב את הנורה אל עבר הקטודה‪7‬‬
‫ד)לשים נורה בעלת אורך גל קצר יותר מול הקטודה‪7‬‬
‫ה)‬
‫צילום ו‪/‬או העתקה מספר זה מהווים הפרה של זכויות יוצרים ‪ ,‬והינם עבירה פלילית‬
‫‪11‬‬