למקור מתח בעל כא"מ והתנגדות פנימית מחוברות במקביל n נורות זהות

‫שאלה ‪13‬‬
‫למקור מתח בעל כא"מ ‪ ε‬והתנגדות פנימית ‪ r‬מחוברות במקביל ‪ n‬נורות זהות‪.‬‬
‫לכל נורה התנגדות ‪ . RL‬בפתרונך הנח כי ההתנגדות ‪ RL‬קבועה ואינה תלויה בעוצמת‬
‫הזרם‪.‬‬
‫א‪ .‬רשום ביטוי של מתח הדקי המקור ‪ V‬באמצעות ‪ RL , r , ε‬ו‪ 10) . n -‬נקודות(‬
‫ב‪ .‬מגדילים את מספר הנורות המחוברות במקביל למקור המתח‪ .‬האם כתוצאה מכך‬
‫‪1‬‬
‫עוצמת הזרם בכל אחת מהנורות גדלה‪ ,‬קטנה או אינה משתנה ? נמק‪ 6 ) .‬נקודות(‬
‫‪3‬‬
‫ניתן לבטא את הקשר בין הפרמטרים השונים על ידי המשוואה ‪:‬‬
‫‪1‬‬
‫‪r‬‬
‫‪1‬‬
‫=‬
‫‪⋅n +‬‬
‫‪V ε ⋅ RL‬‬
‫‪ε‬‬
‫‪.‬‬
‫תלמידים ביצעו ניסוי עם נורות זהות‪ ,‬כאשר על כל נורה רשום ‪ .20W ,12V‬לכל אורך‬
‫הניסוי אף נורה לא נשרפה‪ .‬התלמידים שינו את מספר הנורות ‪ n‬המחוברות במקביל‬
‫למקור ובדקו כיצד משתנה מתח הדקי המקור ‪ .V‬בעקבות הניסוי בנו גרף ליניארי וקיבלו‬
‫‪1‬‬
‫משוואת קו המגמה‪= 0.0007 n + 0.0769 :‬‬
‫‪V‬‬
‫) ראה תרשים( ‪.‬‬
‫‪14‬‬
‫‪12‬‬
‫‪10‬‬
‫‪6‬‬
‫‪8‬‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫)‪1/V (1/Volt‬‬
‫‪0.086‬‬
‫‪0.085‬‬
‫‪0.084‬‬
‫‪0.083‬‬
‫‪0.082‬‬
‫‪0.081‬‬
‫‪0.08‬‬
‫‪0.079‬‬
‫‪0.078‬‬
‫‪0.077‬‬
‫‪0.076‬‬
‫‪0‬‬
‫‪n‬‬
‫ג‪.‬‬
‫חשב את כא"מ המקור ואת התנגדותו הפנימית לפי קו המגמה‪ 10) .‬נקודות(‬
‫ד‪.‬‬
‫כמה נורות לכל היותר יכולים התלמידים לחבר בזמן הניסוי‪ ,‬כך שהמתח על כל נורה לא‬
‫ירד מתחת ל‪ 7) ? 12V -‬נקודות(‬
‫שאלה ‪14‬‬
‫נתון מעגל כמתואר בתרשים‪ .‬במעגל מצויים ‪ 3‬מפסקים פתוחים‪ .‬סוגרים את ‪.Q‬‬
‫א( מתי הוראת הוולטמטר גדולה יותר ? לפני סגירת המפסק או אחרי? הסבר‪5) .‬‬
‫נק' (‬
‫‪V‬‬
‫ב( ‪ .I‬סוגרים גם את ‪ .M‬מה יקרה לעוצמת האור של‬
‫הנורה ‪ ? Ry‬נמק‪ 4) .‬נק' (‬
‫‪ .II‬מה יקרה להוראת הוולטמטר? הסבר‪ 4 ) .‬נק'(‬
‫‪ε, r‬‬
‫ג( ‪ .I‬סוגרים גם את ‪ . N‬האם כעת נורה ‪ Ry‬תאיר‬
‫באור חזק יותר? נמק‪ 4) .‬נק' (‬
‫‪ .II‬מה יקרה להוראת הוולטמטר? הסבר‪ 4) .‬נק' (‬
‫ד( נתון כי הוראת האמפרמטר ‪ ) A1‬כשכל‬
‫המפסקים סגורים(‬
‫‪Q‬‬
‫‪R‬‬
‫‪N‬‬
‫‪R‬‬
‫‪A2‬‬
‫‪RX‬‬
‫היא ‪ .1.5 A‬הוראת‬
‫הוולטמטר – ‪ 22V‬הוראת האמפרמטר ‪ A2‬היא‬
‫‪.0.5A‬‬
‫‪A1‬‬
‫‪.Rx= 10Ω‬‬
‫מצא התנגדות הנגדים ‪ 6) .R‬נק'(‬
‫ה( מצא התנגדות הנורה ‪ 6 1/3 ) .Ry‬נק'(‬
‫‪RY‬‬
‫‪RX‬‬
‫‪M‬‬
‫שאלה ‪15‬‬
‫המעגל החשמלי המתואר בתרשים כולל‪ :‬מקור מתח )‪ ,(ε, r‬נגד ‪ ,R0=10Ω‬ריאוסטט‬
‫‪ ,R‬מכשירי מדידה אידיאליים ושני מפסקים; ‪.S2 ,S1‬‬
‫‪ε, r‬‬
‫התנגדות תילי החיבור זניחה‪.‬‬
‫‪S1‬‬
‫‪R0‬‬
‫‪A1‬‬
‫‪P‬‬
‫‪V‬‬
‫‪A2‬‬
‫‪S2‬‬
‫‪K‬‬
‫‪N‬‬
‫‪R‬‬
‫‪M‬‬
‫א‪ .‬כאשר שני המפסקים פתוחים‪ ,‬מראה הוולטמטר ‪ .10V‬כאשר המפסק ‪ S1‬סגור‪,‬‬
‫והמפסק ‪ S2‬פתוח‪ ,‬מראה הוולטמטר ‪.8 V‬‬
‫מצא את הכא"מ ‪ ε‬של מקור המתח ואת ההתנגדות הפנימית שלו‪ 6) .r ,‬נקודות(‪.‬‬
‫ב‪ .‬כאשר המפסק ‪ S1‬פתוח‪ ,‬המפסק ‪ S2‬סגור‪ ,‬והגררה ‪ K‬נמצאת בקצה ‪ N‬של‬
‫הריאוסטט‪ ,‬המתח הנמדד על ידי הוולטמטר קטן פי ‪ 1.5‬מהכא"מ ‪ ε‬של מקור‬
‫המתח‪ .‬מהי ההתנגדות ‪ R‬של הריאוסטט? )‪ 6‬נקודות(‪.‬‬
‫ג‪ .‬כאשר המפסק ‪ S2‬סגור‪ ,‬והמפסק ‪ S1‬פתוח )כמו בסעיף ב'(‪ :‬באיזו נקודה יש‬
‫להציב את גררת הריאוסטט ‪ ,K‬על מנת שהזרם דרך המקור יהיה מקסימלי?‬
‫מהו המתח שמראה הוולטמטר במצב זה? )‪ 6‬נקודות(‪.‬‬
‫ד‪ .‬עתה סוגרים את שני המפסקים ‪ S1‬ו‪ S2-‬מהי הוריית כל אחד מהאמפרמטרים‬
‫ושל הוולטמטר כאשר גררת הריאוסטט ‪ K‬מוצבת בנקודה ‪ 4) ?M‬נקודות(‪.‬‬
‫שאלה ‪16‬‬
‫תלמיד חיבר את המעגל המתואר בתרשים‪ .‬באמצעות הנגד המשתנה ‪ R‬שינה‬
‫התלמיד את הזרם במעגל ומדד את המתחים על הרכיבים השונים‪ .‬התלמיד אסף‬
‫את מדידותיו ושרטט גרפים המתארים את המתח ‪ V1‬על המקור ואת המתח ‪ V3‬על‬
‫הנגד המשתנה‪ ,‬כפונקציה של עוצמת הזרם‪ .‬כל מכשירי המדידה ניתנים להיחשב‬
‫כאידיאליים‪.‬‬
‫‪ε, r‬‬
‫)‪V(V‬‬
‫‪R‬‬
‫א‪ .‬כתוב ביטוי המתאר את המתח ‪ V1‬על המקור כפונקציה של הזרם )בטא‬
‫בעזרת ‪ R0, r, I‬ו‪ 6) (ε -‬נק'(‬
‫ב‪ .‬כתוב ביטוי המתאר את המתח ‪ V3‬על הנגד המשתנה כפונקציה של הזרם‬
‫)בטא בעזרת ‪ R0, r, I‬ו‪ 8) .(ε -‬נק'(‬
‫ג‪.‬‬
‫היעזר בגרפים ומצא מהם ‪ ,r , ε‬ו‪ . R0 -‬הסבר את שיקוליך‪ 8) .‬נק'(‬
‫ד‪ .‬העתק את התרשים למחברתך וצייר על אותה מערכת צירים גרף המתאר‬
‫את ‪ V2‬כפונקציה של הזרם ‪ .‬הסבר את שיקוליך‪ 7) .‬נק'(‪.‬‬
‫ה‪ .‬הסבר מה צריך התלמיד לעשות כדי למדוד בניסוי את הנקודה )‪(0,12‬‬
‫בגרף ‪ V1‬ואת הנקודה )‪ (2,0‬בגרף ‪ 4 1/3) .V3‬נקודות(‬
‫שאלה ‪17‬‬
‫במעגל המתואר בתרשים‪ ,‬סוללה אידיאלית וארבעה נגדים זהים‪ .‬התנגדות כל אחד‬
‫מן הנגדים מסומנת באות ‪ R‬אך אינה נתונה‪ .‬הנקודה ‪ D‬מהווה קצה של מתג היכול‬
‫להתחבר לארבע נקודות שונות המסומנות בספרות מ‪ 1-‬עד ‪.4‬‬
‫בין הנקודות ‪ k‬ו – ‪ l‬מחובר מד מתח אידיאלי‪.‬‬
‫‪V‬‬
‫‪l‬‬
‫‪k‬‬
‫‪R‬‬
‫‪R‬‬
‫‪4‬‬
‫‪R‬‬
‫‪1‬‬
‫‪D 23‬‬
‫‪R‬‬
‫כאשר המתג ‪ D‬מחובר לנקודה מס' ‪ ,2‬מורה מד המתח ‪. V1 = 6V‬‬
‫א‪ .‬מצא את כא"מ הסוללה‪.‬‬
‫ב‪ (1 .‬מה יורה מד המתח כאשר נחבר את המתג ‪ D‬לנקודה ‪?3‬‬
‫‪ (2‬מה יורה מד המתח כאשר נחבר את המתג ‪ D‬לנקודה ‪?1‬‬
‫ג‪ .‬כאשר המתג ‪ D‬מחובר לנקודה ‪ 4‬מורה מד המתח ‪ . V ′‬מחברים בין הנקודות ‪l‬‬
‫ו – ‪ k‬נגד נוסף במקביל לנגד הקיים‪ .‬התנגדות הנגד החדש אינה ידועה‪.‬‬
‫האם המתח עליו יורה הוולטמטר עתה‪ ,‬יגדל או יקטן? הסבר ללא חישוב!‬
‫ד‪ .‬מחליפים את הסוללה בסוללה חדשה בעלת כא"מ והתנגדות פנימית שאינם‬
‫ידועים‪.‬‬
‫כאשר המתג ‪ D‬מחובר לנקודה מס' ‪ 2‬מורה מד המתח ‪. 8V‬‬
‫כאשר המתג ‪ D‬מחובר לנקודה מס' ‪ 1‬מורה מד המתח ‪. 6V‬‬
‫‪R‬‬
‫‪ (1‬הראה כי התנגדותה הפנימית של הסוללה היא‬
‫‪2‬‬
‫‪ (2‬חשב את כא"מ הסוללה החדשה‪.‬‬
‫‪.‬‬
‫שאלה ‪18‬‬
‫מעגל חשמלי מורכב ממקור כא''מ‪ ,‬ארבעה נגדים‪ ,‬שלושה מדי מתח ומפסק אחד‬
‫)ראה תרשים(‪ .‬הנח כי מדי המתח הינם אידיאליים‪ .‬נתון‪,‬כי ‪.R2=6Ω‬‬
‫‪M‬‬
‫‪R1‬‬
‫‪R3‬‬
‫‪ε,r‬‬
‫‪V3‬‬
‫‪V‬‬
‫‪R4‬‬
‫‪R2‬‬
‫‪V2 V‬‬
‫‪V1 V‬‬
‫כאשר המפסק פתוח )המצב הנראה בתרשים(‪ ,‬מורים שני מדי המתח‬
‫השמאליים‪:‬‬
‫‪.V1=55V, V2=30v‬‬
‫א‪ .‬הסבר את משמעות ההנחה כי מדי המתח הם אידיאליים‪ 4) .‬נק'(‬
‫ב‪ .‬חשב את התנגדות הנגד ‪ 8) .R1‬נק'(‬
‫ג‪ .‬מה מורה מד המתח ‪ V3‬כאשר המפסק פתוח? נמק‪ 51/3) .‬נק'(‬
‫כאשר המפסק סגור מורים שלושת מדי המתח‪V1=54V, V2=24V, V3=12V :‬‬
‫‪.‬‬
‫ד‪ .‬חשב את ההתנגדויות ‪ R3‬ו‪ 8).R4 -‬נק'(‬
‫ה‪ .‬חשב את ‪ ,ε‬כא''מ המקור ואת ‪ ,r‬התנגדותו הפנימית‪ 8) .‬נק'(‬
‫שאלה ‪19‬‬
‫תלמיד רצה לחקור נתוניה של סוללה שקיבל‪ .‬לצורך כך השתמש במעגל‬
‫הבא‪:‬‬
‫במהלך הניסוי שינה התלמיד בכל פעם את ההתנגדות של הריאוסטט ומדד את‬
‫הזרם במעגל‪ .‬הנח שהתלמיד השתמש במד זרם אידיאלי‪.‬‬
‫התלמיד בנה טבלה של ערכי ההתנגדות של הנגד המשתנה ‪ ,R‬והערכים ההפכיים‬
‫‪1‬‬
‫‪I‬‬
‫לזרם ) (‪ .‬לאחר המדידה העלה התלמיד את נתוניו על הגרף הבא‪:‬‬
‫‪1‬‬
‫א‪ .‬מצא את הקשר בין‬
‫‪I‬‬
‫לבין ההתנגדות של הנגד המשתנה ‪ 8 ) R‬נק'(‬
‫ב‪ .‬מצא מתוך הגרף הנתון ומהקשר שמצאת בסעיף א' את הכא"מ של הסוללה בה‬
‫השתמש התלמיד‪ 6 ) .‬נק'(‬
‫ג‪ .‬מצא מתוך הגרף הנתון ומהקשר שמצאת בסעיף א' את ההתנגדות הפנימית של‬
‫הסוללה בה השתמש התלמיד‪ 6 ) .‬נק'(‬
‫ד‪ .‬מהי המשמעות הפיסיקלית של נקודת החיתוך של הגרף עם ציר ‪ 8 ) . R‬נק'(‬
‫ה‪ .‬התלמיד חיבר נגד נוסף בטור למעגל‪ .‬התנגדותו של הנגד הנוסף לא ידועה‪ .‬לאחר‬
‫שחזר על הניסוי קיבל התלמיד את הגרף החדש הבא ) הגרף העליון הוא הגרף של‬
‫המדידה החדשה והגרף התחתון הוא הגרף של המדידה המקורית ( ‪:‬‬
‫מצא מתוך הגרף את ערכו של הנגד הנוסף‪ 5 ) .‬נק'(‬
‫שאלה ‪20‬‬
‫שני מטענים נקודתיים שווים ‪ q‬מסודרים לפי התרשים )‪:(a‬‬
‫א‪.‬שרטט את וקטור השדה בנקודות ‪ 6 ) .R,S,T‬נק'(‬
‫ב‪.‬מוסיפים מטען נוסף שגודלו ‪ 2q‬כמו בתרשים )‪.(b‬‬
‫ האם לאחר ההוספה עוצמת השדה בנקודה ‪ R‬תגדל‪ ,‬תקטן או לא תשתנה? נמק את‬‫תשובתך מבלי לחשב‪ 4) .‬נק'(‬
‫ שרטט )בערך( את וקטור השדה החדש בנקודה ‪ . S‬הראה את הדרך‪ 4 ) .‬נק' (‬‫ג‪ .‬מחליפים את המטען הנקודתי ‪ 2q‬בכדור טעון במטען ‪) .2q‬ראה תרשים ‪ ( c‬האם‬
‫עוצמת השדה בנקודה ‪ R‬תגדל‪ ,‬תקטן או לא תשתנה )יחסית לסעיף ב'(‪ .‬נמק את‬
‫תשובתך מבלי לחשב‪ 4) .‬נק'(‬
‫שאלה ‪21‬‬
‫בין שני לוחות קבל שהמרחק ביניהם ‪ d=20 cm‬תלוי בקצה חוט מבודד כדור מוליך‬
‫קטן ‪,‬שמסתו ‪ m=10-5 kg‬ומטענו ‪ .q=10-6 C‬הכנסת הכדור בין לוחות הקבל‬
‫גורמת לחוט לסטות בזוית ‪. α=4o‬בהנחה שהמרחק בין הלוחות ‪ d‬קטן מאד‬
‫יחסית למימדיהם‪:‬‬
‫‪d‬‬
‫א‪ .‬סמן את כיוון השדה החשמלי הפועל בין הלוחות ואת סוג המטען על כל‬
‫לוח‪.‬הסבר תשובתך‪ 5) .‬נק'(‬
‫ב‪ .‬סמן את כל הכוחות הפועלים על הכדור לאחר הסטייה‪ 6) .‬נק'(‬
‫ג‪ .‬מהו הכוח החשמלי הפועל על הכדור והשדה החשמלי בין הלוחות? )‪ 12‬נק'(‬
‫ד‪ .‬מהו המתח בין לוחות הקבל‪.‬‬
‫ה‪ .‬מה תהיה זווית הסטייה ‪ α‬כאשר מרחיקים הלוחות למרחק ‪ 2d‬זה מזה? )‪ 5‬נק'(‬
‫שאלה ‪22‬‬
‫שני כדורים קטנים זהים )בעלי מסה ‪ m‬כל אחד( נטענו במטענים שונים‪ .‬הכדור‬
‫האחד )‪ (A‬קשור לחוט מבודד אנכי ואינו חופשי לנוע ומטענו ‪ .q‬הכדור השני )‪(B‬‬
‫קשור לקצה חוט חופשי שאורכו ‪ ,l‬וקצהו השני קשור לנקודה קבועה על החוט‬
‫האנכי )ראה תרשים א(‪ .‬מטענו של הכדור השני הוא ’‪ .q‬במצב שווי משקל החוט‬
‫סוטה מן האנך בזווית ‪ , θ‬ושני הכדורים נמצאים בגובה זהה‪.‬‬
‫תרשים א'‬
‫א‪.‬‬
‫ב‪.‬‬
‫ג‪.‬‬
‫ד‪.‬‬
‫ה‪.‬‬
‫תאר את תרשים הכוחות עבור כדור ‪ .B‬הסבר מהו כל כוח ומי מפעיל‬
‫אותו‪ 6 ) .‬נק'(‬
‫מה אפשר לומר על סימני המטענים של שני הכדורים? )‪ 3‬נקודות(‬
‫בטא את מתיחות החוט באמצעות ‪ q’, q , g , m‬ו‪ 6) θ -‬נקודות(‪.‬‬
‫האם תשתנה זווית הסטייה בשווי משקל אם נחליף בין הכדורים‬
‫את מטעניהם? הסבר‪ 4) .‬נקודות(‬
‫האם תשתנה זווית הסטייה בשווי משקל אם נניח בין הכדורים לוח‬
‫של חומר מבודד? הסבר‪ 4) .‬נקודות(‬
‫מנמיכים את כדור ‪ A‬כך שהוא קשור עתה במרחק ‪ l‬מן הנקודה שאליה‬
‫קשור כדור ‪B‬‬
‫)ראה תרשים ב(‪.‬‬
‫תרשים ב'‬
‫ו‪ .‬תאר את תרשים הכוחות עבור כדור ‪ B‬במצב זה‪ .‬הסבר מהו כל כוח ומי‬
‫מפעיל אותו‪ 6 1/3) .‬נקודות(‬
‫ז‪ .‬אם פורקים את כל המטען של כדור ‪ – B‬מה קורה לכדורים לאחר מכן ?‬
‫תאר והסבר‪ 4) .‬נקודות(‬
‫שאלה ‪23‬‬
‫בקודקודיו של המעוין ‪ ABCD‬נמצאים המטענים‪:‬‬
‫‪,qA=qC=20μC‬‬
‫‪A‬‬
‫‪B‬‬
‫‪.qB= -20μC‬‬
‫‪O‬‬
‫‪D‬‬
‫‪C‬‬
‫צלעות המעוין הן ‪ 40cm‬והזויות החדות הן ‪.60º‬‬
‫א( מהו הכוח השקול הפועל על המטען החשמלי הנמצא בנקודה ‪ A‬ומהו הכוח‬
‫השקול הפועל על המטען החשמלי הנמצא בנקודה ‪ 12 ) ?B‬נק'(‬
‫ב( מהו השדה החשמלי בנקודה ‪) ?O‬נקודת מפגש האלכסונים(‪ 6 ) .‬נק' (‬
‫ג( חשב את הפוטנציאל החשמלי בנקודות ‪ O‬ו‪ 10 ) .D -‬נק' (‬
‫ד( ממקמים בנקודה ‪ O‬מטען ‪ .Q=5μC‬מצא את העבודה המתבצעת בהעברת‬
‫המטען ‪ Q‬מנקודה ‪ O‬לנקודה ‪ .D‬האם השדה החשמלי גורם למעבר זה או כוח‬
‫חיצוני? נמק‪ 5 1/3) .‬נק' (‬
‫שאלה ‪24‬‬
‫שני כדורים קטנים הטעונים במטען שלילי ‪) Q -‬כל אחד( מוחזקים במקומם על ציר‬
‫ה‪ y-‬בנקודות )‪ ( 0 , d‬ו‪ -( 0, -d) -‬ראה תרשים‪ .‬חלקיק שלישי שמטענו ‪ +q‬נמצא‬
‫על ציר ה‪ . x-‬נתונים ‪. Q ,q ,d ,k‬‬
‫א( מהו השדה החשמלי הפועל על המטען‬
‫‪y‬‬
‫‪ ) +q‬גודל וכיוון(‪ ,‬כאשר הוא נמצא‬
‫במרחק ‪ X‬מהראשית ) ‪-X‬נתון(?‬
‫‪-Q‬‬
‫ב( מהי העבודה החיצונית הדרושה על מנת‬
‫להעביר את המטען ‪ +q‬מ‪ x=0-‬ל‪?x=4d -‬‬
‫האם יש לבצע עבודה המקרה זה או‬
‫שהשדה עצמו מבצע עבודה?‬
‫‪d‬‬
‫‪+q‬‬
‫‪X‬‬
‫‪X‬‬
‫‪-Q‬‬
‫‪-d‬‬
‫שאלה ‪25‬‬
‫נתונים שני כדורים מוליכים ‪ A‬ו‪ , B -‬בעלי רדיוסים ‪ RA‬ו‪ , RB -‬המצוידים בידיות‬
‫מבודדות‪ ,‬ולוח עשוי חומר מבודד‪ .‬טוענים את הלוח במטען‬
‫‪B‬‬
‫חיובי‪ .‬הכדורים אינם טעונים‪.‬‬
‫א‪ .‬לשני הכדורים רדיוסים שווים ‪.RB =RA‬‬
‫‪A‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫)‪ (1‬מצמידים את הכדורים כפי שמתואר בתרשים א'‪ ,‬ולאחר‬
‫‪+‬‬
‫תרשים א‬
‫מכן מרחיקים אותם זה מזה‪ .‬האם לאחר ההרחקה הכדורים‬
‫יהיו טעונים ? אם לא ‪ -‬הסבר;‬
‫‪B‬‬
‫אם כן ‪ -‬ציין מהו סימן מטענו של כל כדור ומהו היחס ‪ qA/qB‬בין‬
‫‪A‬‬
‫מטעני הכדורים? הסבר‪ 7 ) .‬נק'(‬
‫)‪ (2‬מצמידים את הכדורים כמתואר בתרשים ב' ולאחר מכן‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫מרחיקים אותם זה מזה‪ .‬האם מצבם של שני הכדורים לאחר‬
‫ההרחקה יהיה עתה זהה לזה שהתקבל במקרה הקודם )סעיף ב‬
‫תרשים ב‬
‫)‪ ?((1‬אם כן‪ ,‬הסבר‪ .‬אם לא‪ ,‬ציין מהו סימן מטענו של כל כדור ומהו‬
‫‪B‬‬
‫היחס ‪ qA/qB‬בין מטעני הכדורים והסבר?‬
‫‪A‬‬
‫ב‪ .‬לשני הכדורים רדיוסים שונים‪ 2RB =RA ,‬ובהתחלה הם צמודים‬
‫כמתואר בתרשים ג'‪ .‬בהמשך מרחיקים את הכדורים למרחק גדול‬
‫מאד זה מזה ומהלוח הטעון‪ .‬כתוצאה מכך‪,‬‬
‫)‪ (1‬מהו סימן מטענו של כל כדור ומהו היחס ‪ qA/qB‬בין מטעני‬
‫הכדורים?‬
‫נמק‪ 7) .‬נק'(‬
‫)‪ (2‬מהו היחס ‪ VA/VB‬בין הפוטנציאלים של שני הכדורים ? נמק‪ 7 ) .‬נק'(‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫תרשים ג‬
‫‪+‬‬
‫שאלה ‪26‬‬
‫בשלושה מקדקודיו של מעוין ‪ ABCD‬מוקמו מטענים‬
‫‪B‬‬
‫נקודתיים‪ .‬ב‪ A -‬מטען של ‪ ,4 μc‬ב‪B -‬מטען של ‪20 μc‬‬
‫וב‪ C-‬מטען של ‪ . 4 μc‬אורך אלכסוני המעוין ‪AC=30‬‬
‫‪ , cm‬ו‪) BD=40cm -‬ראה תרשים(‪.‬‬
‫א‪ .‬חשב את עוצמת השדה במרכז המעוין ‪M‬‬
‫‪A‬‬
‫‪C‬‬
‫‪M‬‬
‫)גודל וכיוון(‪6) .‬נק'(‬
‫ב‪ .‬חשב את הכוח החשמלי שיפעל על מטען נקודתי‬
‫שלילי של ‪ -10 μc‬אם יונח במרכז המעוין )גודל‬
‫וכיוון(‪6) .‬נק'(‬
‫‪D‬‬
‫משנים את סימנו של המטען החיובי בן ‪ 4 μc‬הנמצא‬
‫בנקודה ‪ C‬למטען זהה שלילי‪:‬‬
‫ג‪ .‬הגדר מהו פוטנציאל וחשב את גודלו בנקודות ‪ M‬ו‪ 8) . D-‬נק'(‬
‫ד‪ .‬חשב את העבודה הדרושה כדי להעביר את המטען‬
‫הנקודתי ‪-10 μc‬‬
‫מקדקוד ‪ D‬למרכז המעוין )נקודה ‪ 5) .( M‬נק'(‬
‫ה‪ .‬האם ניתן להציב בקודקוד ‪ D‬מטען כך שעוצמת השדה במרכז המעוין‬
‫תשווה לאפס ? אם כן חשב את המטען‪ ,‬אם לא נמק‪ 4) .‬נק'(‬
‫ו‪ .‬האם ניתן להציב בקודקוד ‪ D‬מטען כך שהפוטנציאל במרכז המעוין ישווה‬
‫לאפס ? אם כן‪ ,‬חשב את המטען‪ ,‬אם לא‪ ,‬נמק‪ 4.33) .‬נק'(‬
‫שאלה ‪27‬‬
‫שני כדורי מתכת זעירים טעונים במטען חשמלי ‪ Q‬מונחים במערכת צירים ‪.xy‬‬
‫המרחקים בין השנתות על מערכת הצירים הם ביחידות של ‪ .r0‬המטען ‪ Q1‬מונח‬
‫בראשית הצירים ו ‪ Q2‬מונח בנקודה ששיעוריה הם )‪ (4r0, 3r0‬כמתואר באיור‪.‬‬
‫נתון ש ‪ Q1‬חיובי ו ‪ Q2‬שלילי‪ .‬וכן |‪. |Q1|=|Q2‬‬
‫‪y‬‬
‫‪Q2‬‬
‫‪Q1‬‬
‫‪x‬‬
‫‪A‬‬
‫‪ro‬‬
‫בטא באמצעות ‪ k, r0, Q‬את הגדלים הבאים‪:‬‬
‫א‪ 1-‬רכיבי השדה החשמלי בנקודה ‪ 8) . A‬נקודות(‬
‫א‪ 2-‬כיוונו של השדה החשמלי השקול‪ .‬צרף לפתרונך שרטוט מתאים‪ 4) .‬נקודות(‬
‫א‪ 3-‬הפוטנציאל החשמלי בנקודה זו‪ 4) .‬נקודות(‬
‫ב‪ 1-‬העתק את השרטוט למחברתך‪ -‬בחר כקנה מידה ‪ 2‬משבצות עבור ‪ . r0‬הוסף ‪7‬‬
‫קווי שדה שמקורם ב ‪ Q1‬ומייצגים את השדה החשמלי‪ ,‬באופן איכותי‪ ,‬בכל האזור‬
‫המתוחם על ידי המלבן הגדול באיור‪.‬‬
‫ב‪ 2-‬הגדר את המושג "משטח שווה פוטנציאל"‪ 3) .‬נקודות(‬
‫ב‪ 3 -‬הוסף לשרטוט ששרטטת ‪ ,‬קו מקווקו שמתחיל בנקודה )‪ (2r0, 1r0‬ומייצג קו‬
‫שווה פוטנציאל באזור של השדה החשמלי ‪ .‬הסבר כיצד שרטטת את הקו‪.‬‬
‫במקרה אחר נתון‪:‬‬
‫‪, Q1=2µC‬‬
‫‪, Q2= -2µC‬‬
‫‪r0= 1m‬‬
‫ג חשב את תאוצתו של אלקטרון שחולף בנקודה ‪) A‬גודל וכיוון( ‪.‬‬
‫נקודות(‬
‫) ‪6 1/3‬‬
‫שאלה ‪28‬‬
‫שני מטענים ‪ Qa = 2 µC‬ו‪ Qb = -3 µC -‬נמצאים על ציר ה‪ x-‬במרחק ‪ 19 cm‬אחד מהשני‪.‬‬
‫א‪ .‬מהי עוצמת השדה החשמלי בנקודה ‪?( d = 14 cm) P‬‬
‫ב‪ .‬מה גודלו וכיוונו של הכוח שפועל על ‪? Qb‬‬
‫ג‪ .‬בניסוי אחר שני המטענים קשורים לקצותיו של קפיץ‪ .‬אורכו של הקפיץ‬
‫במצב רפוי‬
‫‪ ,s0 = 19 cm‬אורכו של הקפיץ במצב שיווי משקל כאשר‬
‫המטענים קשורים אליו ‪ .s1 = 10 cm‬מהו קבוע הקפיץ?‬
‫שאלה ‪29‬‬
‫גוף נקודתי ‪ A‬הטעון במטען חיובי מוחזק במקום קבוע‪ .‬מקרבים אל הגוף ‪ A‬מוליך‬
‫ניטרלי ‪ B‬הנמצא תחילה במרחק רב יותר מגוף ‪) .A‬ראה תרשים א'(‬
‫‪B‬‬
‫‪A‬‬
‫‪B‬‬
‫תרשים א'‪.‬‬
‫א‪ .‬סמן בתרשים א' את התפלגות המטענים על הגוף ‪ B‬כשהוא נמצא בקרבת‬
‫הגוף ‪.A‬‬
‫ב‪ .‬האם גוף ‪ A‬מפעיל כוח חשמלי על המוליך הניטרלי ‪ B‬במצב המתואר‬
‫בתרשים א'?‬
‫אם לא‪ -‬נמק‪ ,‬אם כן‪ -‬ציין את כיוון הכוח ונמק‪ 6) .‬נק'(‬
‫ג‪ .‬האם מתבצעת עבודה על‪ -‬ידי כוח חיצוני בתהליך הבאתו של הגוף הניטרלי‬
‫‪ B‬אל הגוף ‪ A‬או העבודה מתבצעת על‪ -‬ידי הכוח החשמלי? נמק‪ 8) .‬נק'(‬
‫ד‪ .‬כשגוף ‪ B‬נמצא במצב המתואר בתרשים א' מאריקים אותו )ראה תרשים ב'(‪.‬‬
‫סמן בתרשים ב' את התפלגות המטענים על הגוף ‪ B‬במצב החדש‪ .‬האם יש הבדל‬
‫בין התפלגות המטענים במצב המתואר בתרשים ב' לבין התפלגותם במצב‬
‫המתואר בתרשים א'? הסבר‪ 5) .‬נק'(‬
‫‪B‬‬
‫‪A‬‬
‫תרשים ב'‪.‬‬
‫ה‪ .‬האם הכוח המוזכר בסעיף ב' גדל או קטן בעקבות הארקת המוליך ‪ ?B‬נמק‪.‬‬
‫)‪ 5‬נק'(‬
‫ו‪ .‬האם העבודה שהוזכרה בסעיף ג' גדלה‪ ,‬קטנה או לא משתנה‪ ,‬אם הגוף ‪B‬‬
‫מוארק במשך כל תהליך קירובו אל הגוף ‪ ?A‬נמק‪ 41/3) .‬נק'(‬
‫שאלה ‪30‬‬
‫שני לוחות מתכת גדולים אופקיים ומקבילים מותקנים כך שהמרחק ביניהם‬
‫‪ ,6cm‬מחברים את הלוחות למקור מתח וטוענים אותם במטענים שווים בגודלם‬
‫ומנוגדים בסימנם כך‪ ,‬שהפרש הפוטנציאלים בין הלוחות הוא ‪ 1200‬וולט‪ .‬הלוח‬
‫העליון נטען במטען שלילי‪ .‬לאחר מכן מנתקים את הלוחות ממקור המתח‪.‬‬
‫הניחו‪ ,‬שבין הלוחות נוצר שדה חשמלי אחיד‪.‬‬
‫א‪ .‬הוסיף בתרשים באזור שבין הלוחות ‪ 3‬קווי שדה חשמלי ו‪ 3 -‬משטחים שווי‬
‫פוטנציאל‪ .‬הסבר‪.‬‬
‫ק'‬
‫ב‪ .‬משחררים כדור קטן שמסתו ‪ 0.1g‬ומטענו ‪ 2x10-7 C‬באמצע המרווח בין‬
‫הלוחות‪ .‬מתברר‪ ,‬שהכדור הקטן מתחיל להאיץ כלפי מעלה‪ .‬הסבר מדוע זה‬
‫קורה‪.‬‬
‫ג‪ .‬חשב תוך כמה זמן יגיע הכדור הקטן ללוח העליון‪.‬‬
‫ד‪ .‬משנים את המרחק בין הלוחות לפני הטעינה באותו הפרש הפוטנציאלים‬
‫ומתברר‪ ,‬שעכשיו הכדור נשאר במנוחה בנקודה בה שוחרר‪ .‬האם המרחק‬
‫החדש בין הלוחות גדול או קטן יותר מאשר בטעינה הקודמת? נמק‪.‬‬
‫שאלה ‪31‬‬
‫שני לוחות בעלי שטח ‪ A‬כל אחד טעונים במטען ‪ +q‬ו‪ , -q -‬נמצאים במרחק ‪ d‬זה‬
‫מזה‪.‬הנח שמימדי הלוחות גדולים מאוד יחסית למרחק שביניהם‪ .‬בסעיפים הבאים‬
‫הזנח את כוח הכובד‪ .‬נתון‪, q= 10-8 C , A= 0.16 m2 :‬‬
‫‪d = 1 cm‬‬
‫‪ε0=8.85*10-12 F/m,‬‬
‫‪-q‬‬
‫‪+q‬‬
‫‪-e‬‬
‫‪N‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪d‬‬
‫‪d‬‬
‫‪P‬‬
‫‪1‬‬
‫א‪ .‬חשב את צפיפות המטען האחידה של כל לוח‪ 4) .‬נק'(‬
‫ב‪ .‬חשב את השדה החשמלי )גודל וכיוון( באזורים ‪ 2,1 :‬ו‪ 6) . 3-‬נק'(‬
‫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 )‪6‬‬
‫נק'(‬
‫ד‪ .‬תוך כמה זמן יגיע האלקטרון ללוח הימני? ובאיזו מהירות? )‪ 10‬נק'(‬
‫הלוח הימני מחורר על ידי מספר נקבים שהאלקטרון יכול לעבור דרכם‪.‬‬
‫ה‪ .‬מהי צורת מסלולו ומהו סוג התנועה באזור ‪ ?3‬הסבר )‪ 4‬נק'(‬
‫ו‪ .‬האם האלקטרון יגיע לנקודה ‪ N‬הנמצאת מול נקודה ‪ ?P‬אם לא‪,‬הסבר מדוע‬
‫לא ואם כן‪ ,‬תוך כמה זמן? )‪ 3‬נק'(‬
‫שאלה ‪32‬‬
‫אלקטרון שמהירותו‪ v=6·105 m/s‬נכנם למרחב שבין שני לוחות מתכת‬
‫מקבילים‪ .‬אורך הלוחות ‪ l=15mm‬ומרחק ביניהם ‪ .d=5mm‬הלוחות מחוברים‬
‫להפרש פוטנציאלים ‪ .V‬ברגע הכניסה חולף האלקטרון סמוך לקצהו של הלוח ‪A‬‬
‫) ראה תרשים(‪.‬‬
‫‪A‬‬
‫‪d‬‬
‫א( מה צריך להיות כיוונו של השדה‬
‫החשמלי בין הלוחות על מנת‬
‫שהאלקטרון יסטה ממסלולו לכיוון‬
‫הלוח ‪ ?B‬נמק‪ 3) .‬נק'(‬
‫‪B‬‬
‫‪l‬‬
‫ב( מהי צורת המסלול של האלקטרון בשדה? נמק‪ .‬מצא את משוואת המסלול‬
‫באמצעות הנתונים שקיבלת והמתח ‪ V‬כפרמטר‪ .‬לכתיבת המשוואה תתייחס‬
‫למערכת צירים מתאימה )הנח כי כוח הכובד הפועל על האלקטרון זניח בהשוואה‬
‫לכוח החשמלי(‪ 11 ) .‬נק' (‬
‫ג( מהו המתח המקסימלי ‪ Vmax‬בין הלוחות‪ ,‬כך שהאלקטרון יוצא מהשדה מבלי‬
‫לפגוע בלוח התחתון? ) ‪ 9‬נק' (‬
‫ד( האם תשובותיך לסעיפים הקודמים היו משתנים‪ ,‬אילו למרחב שבין שני הלוחות‬
‫היה נכנס פרוטון באותה המהירות? נמק את התשובות מבלי לחשב מחדש את‬
‫המתח‪ 10 1/3.‬נק' (‬
‫שאלה ‪33‬‬
‫חלקיקים בעלי מטען ‪ +q‬ומסה ‪ m‬נפלטים ממקור ‪ S‬במהירויות שונות‪ .‬החלקיקים‬
‫נכנסים אל בין לוחות קבל שבו פועלים שדה חשמלי אחיד ‪ E‬ושדה מגנטי אחיד ‪, B‬‬
‫כמתואר בתרשים‪ ,‬ונעים בתוכו בקו ישר ללא הסחה‪ .‬השדה המגנטי שורר גם מחוץ‬
‫לקבל‪.‬‬
‫‪Ux‬‬
‫‪V‬‬
‫‪E‬‬
‫‪d‬‬
‫‪S‬‬
‫במרחק ‪ d‬מנקודת היציאה של החלקיקים מהקבל נמצא נקב קטן דרכו נכנסים‬
‫החלקיקים אל תוך קבל שני בו לא פועל שדה מגנטי‪ .‬על הקבל השני מופעל מתח‬
‫עצירה ‪ .V‬ניתן להזניח את כוח הכובד הפועל על החלקיקים‪.‬‬
‫נתונים‪m ,q ,E ,B :‬‬
‫א( באיזו מהירות ‪ U‬נעים החלקיקים היוצאים מהקבל הראשון? )‪ 11‬נק' (‬
‫ב( מהו המרחק ‪ 11 ) ?d‬נק' (‬
‫ג( מה צריך להיות ערכו המינימלי של המתח ‪ V‬המופעל על הקבל השני‪ ,‬כדי‬
‫שהחלקיקים הנכנסים לתוכו יעצרו לחלוטין בדיוק בפגיעתם בלוח התחתון? ) ‪1/3‬‬
‫‪ 11‬נק' (‬
‫שאלה ‪34‬‬
‫עורכים ניסוי על מנת לחקור את אופיו הווקטורי של השדה המגנטי‪ .‬לשם כך משתמשים‬
‫בסילונית מקור מתח‪ ,‬נגד ‪ ,‬אמפרמטרים מצפן וכריכה מעגלית‪ .‬התלמיד חיבר בטור אל‬
‫הכריכה אמפרמטר‪ ,‬נגד וסוללה‪ ,.‬גודל הנגד הוא ‪ ,10 Ω‬אורך רדיוס הכריכה ‪1mm‬‬
‫וגודל הכא"מ הוא ‪ .100V‬הנח כי מישור הכריכה הוא אופקי וההתנגדות הפנימית של‬
‫הסוללה היא אפס‪.‬‬
‫כריכה אופקית‬
‫‪R‬‬
‫‪A‬‬
‫א‪ .‬סמן את כיוון השדה המגנטי הנוצר על ידי הכריכה וחשב את גודלו‪).‬נמק תשובתך(‬
‫התלמיד בנה מעגל טורי נוסף המורכב מנגד וסוללה הזהים למעגל הקודם המחוברים‬
‫לסילונית‪ .‬התלמיד שרטט חתך רוחב של הסילונית‪.‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O O O O O O‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O O O O O O‬‬
‫בתיילים העליונים הזרם יוצא מהדף ובתיילים התחתונים הזרם נכנס אל הדף‪.‬‬
‫ב‪ .‬סמן את כיוון השדה המגנטי הנוצר במרכזה של הסילונית‪) .‬נמק תשובתך(‬
‫התלמיד הכניס את הכריכה האופקית למרכזה של הסילונית כך שמישור הכריכה התלכד‬
‫עם הציר המרכזי של הסילונית‪.‬התלמיד מדד זווית הסחה של ‪ α =300‬בין המחט המגנטית‬
‫של המצפן לבין הציר האנכי של הסילונית ) התעלם מהשדה המגנטי של כדור הארץ(‪.‬‬
‫ג‪ .‬שרטט את כיווני השדות המגנטיים הפועלים על מחט המצפן הנמצאת במרכז הסילונית‬
‫ובמרכז הכריכה במצב בו עובר זרם חשמלי בשני המעגלים וסמן בתרשים את זווית‬
‫ההסחה ‪α‬‬
‫ד‪ .‬פתח ביטוי ל‪ tan( α) -‬כפונקציה של צפיפות הליפופים בסילונית‬
‫ה‪ .‬חשב את צפיפות הליפופים )מספר ליפופים ליחדת אורך(‬
‫שאלה ‪35‬‬
‫בניסוי עם מאזני זרם איזן תלמיד את המאזניים והכניסם לתוך סליל בעל צפיפות‬
‫ליפופים של ‪ 40‬ליפופים ל‪ .cm -‬את הסליל חיבר למקור מתח‪ ,‬כך שזרם בו זרם של‬
‫‪) 2A‬ראה תרשים ‪ .(1‬בתרשים ‪ 2‬נראים מאזני הזרם במבט על‪.‬‬
‫כשחיבר התלמיד את המאזניים למקור מתח דרך המגעים ‪ a‬ו‪ b -‬שבמאזניים‪ ,‬הופר‬
‫שווי המשקל‪ .‬התלמיד איזן מחדש את המאזניים בעזרת סיכות שהונחו על הכף‬
‫הנגדית‪ .‬הוא חזר על הניסוי מספר פעמים‪ ,‬כשבכל פעם המתח שונה‪ ,‬וערך טבלה של‬
‫מספר הסיכות‪ ,N ,‬כתלות במתח‪.Vab ,‬‬
‫‪b‬‬
‫זרם ‪I = 2A‬‬
‫‪a‬‬
‫תרשים ‪.1‬‬
‫‪b‬‬
‫‪d‬‬
‫‪L‬‬
‫‪a‬‬
‫תרשים ‪.2‬‬
‫‪5‬‬
‫‪4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪N‬‬
‫)‪3.30 2.40 2.00 1.30 0.67 Vab(V‬‬
‫‪ ,R = 1Ω‬רוחב התיל במאזניים‪d = -‬‬
‫נתונים בנוסף‪ :‬התנגדות מאזני הזרם‪-‬‬
‫‪ ,3cm‬אורך התיל במאזניים ‪ ,L = 10cm -‬מסת סיכה‪.m = 0.02gr -‬‬
‫א‪.‬‬
‫ב‪.‬‬
‫ג‪.‬‬
‫ד‪.‬‬
‫הסבר מדוע מופר האיזון עם הזרמת זרם במאזניים‪.‬‬
‫איזה מהמגעים שבמאזניים ‪ a‬או ‪ b‬חובר להדק החיובי של מקור המתח?‬
‫הסבר‪.‬‬
‫שרטט גרף של ‪ N‬כפונקציה של המתח ‪.Vab‬‬
‫מצא מתוך הגרף את ערכו של ‪ .μ0‬הסבר‪.‬‬