10 הלאש ן פ ו ו ק ר ימ ן ק רבסה ד ו רבס

Transcript

1 שאלה 10 קולן O, הרועד בתדירות,f=1360Hz נמצא בחדר אטום ומבודד ובו שני פתחים ריבועיים S 1 ו- S. 2 רוחבו של כל פתח.a=10cm המרחק בין מרכזי שני הפתחים S. 1 S 2 =d=1m מרחק הקולן O ממרכזו של כל פתח הוא.OS 1 =OS 2 =75cm במרחק L=4m ממישור הפתחים S 1 ו-,S 2 נמתח תיל שאורכו MN=5m ועליו מזיזים מיקרופון רגיש המודד את עוצמת הקול. מהירות הקול באוויר היא.340m/s N מיקרופון קולן O d S 1 L S 2 M חשב את אורך הגל של צליל הקולן באוויר. הסבר מדוע ניתן להתייחס לפתחים S 1 ו- S 2 כאל מקורות קול נקודתיים. האם קיים הפרש מופע בין S 1 ל- S? 2 הסבר. האם בקצה התיל נוצרת התאבכות בונה, הורסת, או סתמית?. מצא את מספר נקודות המקסימום ומספר נקודות המינימום של עצמת הקול. 75cm ממנו. מהו הפרש S 1 ובמרחק ה. מזיזים את הקולן כך שיימצא בדיוק מול הפתח המופע בין המקורות S 1 ו- S? 2 האם ישתנו מיקומי המקסימה והמינימה שחישבת בסעיף ג'? אם לא הסבר מדוע. אם כן תאר כיצ האזור OMN מוצף כולו במים. מהירות הקול במים גדולה ממהירות הקול באוויר. ו. כיצד ישפיע הדבר על מספר נקודות המקסימום והמינימום לאורך הקו?MN הסבר.

2 שאלה 11 שני משדרים, הניצבים בנקודות A ו B במרחק A 15 מטר זה מזה, משדרים גלי קול קוהרנטיים (זהים ובאותו מופע) בתדירות.340Hz מהירות הקול באויר m/s 340. טרקטורון, הנמצא סמוך מאוד לנקודה A מתחיל B לנוע לאיטו על כביש הניצב לקטע AB המחבר את שני המשדרים. הנח שהשטח מישורי וגלי הקול אינם מופרעים. מהו אורך הגלים המשודרים? בסמוך לנקודה A האם נהג הטרקטורון שמע את המשדרים בעוצמה מירבית, לא שמע אותם כלל, או שמע בעוצמה בינונית? כמה עליו להתרחק מנקודה A עד שעצמת הרעש מהמשדרים תתאפס בפעם הראשונה? מהו המרחק המירבי מ A בו עדיין ניתן לשמוע עוצמה מירבית משני המקורות? ה. איך ישתנו התשובות לסעיפים ג ו ד (האם יקטנו, יגדלו או לא ישתנו) אם תדירות המקורות תעלה ל?345Hz

3 שאלה 12 אלומת אור מונוכרומטי צהוב פוגעת במחיצה אטומה בעלת שני סדקים צרים שהמרחק ביניהם. 0.1mm תבנית ההתאבכות מתקבלת על מסך גדול הממוקם במקביל למחיצה במרחק 3.5m ממנה. בצילום דלהלן נראה האזור המרכזי של תבנית ההתאבכות המתקבלת על המסך בקנה מידה של 1:1. הצילום מראה רק חלק מפסי ההתאבכות המתקבלים על המסך. קיימים פסים גם מימין ומשמאל לתחום המצולם. ה. מתוך התמונה קבע את אורך הגל של האור הפוגע בסדקים. האם המרחק בין שני פסים עוקבים של התאבכות הורסת קבוע על גבי כל המסך? הסבר! כמה פסים מוארים (פסי עצמה מכסימלית) מתקבלים על המסך כולו? כיצד ישתנה הצילום של האזור הנ"ל על המסך אם נקרב אליו את מערכת הסדקים? כיצד תשתנה תבנית ההתאבכות אם תוחלף הקרינה הפוגעת בסדקים באור סגול מונוכרומטי שאורך הגל שלו המוארים המתקבלים על המסך כולו? (10 נק') 0? 4000A כיצד ישתנה מספר הפסים

4 שאלה 13 שני משדרי רדיו A ו- B פולטים גלים כדוריים קוהרנטיים, שווי מופע, באורך גל λ. (גל רדיו הוא גל אלקטרומגנטי ונע במהירות c) = 10*3 8 m/s. הסבר מהם מקורות גלים קוהרנטיים. הסבר במילים ובעזרת ציור באילו מקומות במישור תתקבל עוצמת אות מרבית במקלט נייד העשוי לנוע במישור האופקי בו נמצאים המשדרים. הסבר במילים ובעזרת ציור באלו מקומות במישור תתקבל עוצמת אות מזערית במקלט נייד העשוי לנוע במישור האופקי בו נמצאים המשדרים. האם עוצמה מזערית זו היא אפס? נמק. מכונית נעה לאורך הכביש היוצא ממשדר A (ראה תרשים). נקודה P היא הנקודה הראשונה לאורך הכביש שבה מתקבלת במקלט המכונית עוצמה מרבית. נקודה זו מרוחקת 20.00m ממשדר A ו m ממשדר B. (1) מהי תדירות הגלים המופקים ממשדרי הרדיו? (2) לאיזו תחנה מאזין הנהג? (ללא ניקוד...) ה. כיצד תשתנה תשובתך לסעיף ד', אם אותה נקודה P היא הנקודה הראשונה לאורך הכביש שבה מתקבלת במקלט המכונית עוצמה מרבית, אבל המשדרים פולטים גלי רדיו בהפרש מופע של ½ (חצי מחזור)? הסבר. ו. הסבר מדוע ניתן לשמוע גלי רדיו דרך קיר, בעוד שלא ניתן לראות גלי אור דרך אותו קיר.

5 שאלה 14 בניסוי ההתאבכות של יאנג פוגע אור חד-גוני בניצב למישור של זוג סדקים צרים המרוחקים d=0.3mm זה מזה. בתבנית ההתאבכות, הנוצרת על מסך הנמצא במרחק 1=L m מהסדקים, מופיע המקסימום מסדר שתים במרחק 4 mm מהמקסימום המרכזי. d L מהו אורך הגל של האור? מה המרחק המתקבל על המסך בין המקסימום מסדר שתים לבין המקסימום מסדר שלוש הסמוך לו? כמה פסי מקסימום מתקבלים על המסך? כמה פסי מקסימום מתקבלים על המסך כאשר כל המערכת טובלת במים? מקדם השבירה של מים הוא א.

6 15 שאלה על טייס להנחית מטוס בבטחה ביום סגרירי במיוחד בו הראות לקויה מא כדי לעזור לו במשימתו קיימת בשדה התעופה מערכת הנחתה המבוססת על התאבכות משני מקורות של גלי רדיו. להלן תיאור המערכת והשימוש בה: שני משדרי רדיו A 1 ו- A 2 המרוחקים זה מזה 40 מטרים משדרים גלי רדיו זהים וקוהרנטים בתדירות של.30 MHz המשדרים ממוקמים בקצה מסלול הנחיתה כמתואר בתרשים א'. כאשר המקלט במטוס קולט עצמת שידור מקסימאלית משמשת עובדה זו סימן לכך שהמטוס נע במסלול הנכון לקראת נחיתה. 40 m A 1 y A2 תרשים א' תאר במילים ובשרטוט את תבנית ההתאבכות הנוצרת כתוצאה משני המשדרים והסבר מדוע מטוס אשר יקפיד לנוע כך שעצמת הקליטה תהיה גבוהה יגיע בהכרח אל בין שני המשדרים (כלומר: לקצה המסלול). במקום להשתמש בשני משדרים בלבד, ניתן היה לבנות את המערכת תוך שימוש במספר רב יותר של משדרים בין הנקודות A 1 ו A. 2 תוך שימוש בידוע לך על ההבדלים בין תבנית ההתאבכות משני מקורות לעומת תבנית התאבכות ממספר רב של מקורות, קבע האם שימוש במספר משדרים היה משפר את פעולת המערכת. נניח והמטוס "ננעל" על מקסימום שאינו המקסימום המרכזי וטס לאורכו. מצא שני ערכים שונים שיכול לקבל מרחקו האופקי של המטוס (Y) מציר המסלול (מרחק הסטייה שלו מהמסלול הנכון שלו) כשהוא נמצא במרחק L = 2000 m מהמשדרים (ראה תרשים ב'). A 1 Y A 2 L תרשים ב'

7 במערכות אחרות משדרים גלים ב- 2 תדירויות שונות, למשל, 30 MHz תדר). ו- 33 MHz מכל משדר ומתקינים על המטוס שני מקלטים (אחד לכל האם במצב כזה ייתכן קו שאינו ציר המסלול אשר לאורכו תתקבל ברציפות עצמה חזקה של שני התדרים? 16 שאלה בתרשים שלפניך מתוארים שני רמקולים זה מזה. נמק. S 1 ו- S 2 לשני הרמקולים תדירות זהה ואין בינים הפרש מופע. מהקיר, עליו מותקנים הרמקולים ובמקביל לו, יש מסילה. MN לנוע חיישן, P המודד את עוצמת הקול (ראה תרשים). המותקנים על קיר במרחק במרחק על המסילה יכול 4 m 3 m הנקודה A שעל המסילה נמצאת בדיוק מול הרמקול הרמקול ה. ו. S 1 S 2 בדוק עבור אחד מאורכי הגל שחישבת בסעיף ג', האם עדיין והנקודה B נמצאת מול (לכן AB שווה גם ל- ). 4 m הנקודה C היא אמצע הקטע. AB הסבר מהם התנאים שבנקודה מסוימת תתקבל התאבכות בונה? מהם התנאים שבנקודה מסוימת תתקבל התאבכות הורסת? הסבר מה צריך להיות אורך הגל של הצליל שמשמיעים שני הרמקולים, על מנת שבנקודה C יקלוט החיישן עוצמת קול מקסימלית? האם קיים אורך גל, שעבורו עוצמת הצליל בנקודה C תהייה מינימלית? נמק. חשב עבור המצב שבו החיישן נמצא בנקודה A של המסילה שני ערכי גל, המאפשרים קבלת צליל בעוצמה מכסימלית. חשב עבור המצב שבו החיישן נמצא בנקודה A של המסילה שני ערכי גל, המאפשרים קבלת צליל בעוצמה מינימלית. האם תשובותיך לסעיפים ג' ו- ד' היו משתנות, אילו החיישן היה בנקודה B של המסילה? הסבר. תתקבל בנקודה A עוצמת קול מקסימלית, כאשר נכניס את המערכת כולה למים? מהירות הקול במים גדולה פי- 4 מזו שבאוויר.

8 שאלה 17 תלמיד מבצע ניסוי בתמונת התאבכות משני סדקים. הוא מעמיד מסך במרחק של 3 m מל הסדקים, משתמש באור מונוכרומטי, ובכל פעם משנה את המרחק בין הסדקים,, d ומודד את המרחק Δx בין שני פסי צומת סמוכים. הסבר מדוע מודד מתלמיד את המרחק בין פסי צומת ולא בין פסי מקסימום. תאר את השינוי המתרחש בתמונת ההתאבכות כאשר d הולך וגדל. תוצאות הניסוי שקיבל התלמיד מתוארות בטבלה הבאה: d (mm) Δx (m) שרטט גרף שמתוכו תוכל אחר כך למצוא את אורך הגל של האור שבו השתמש התלמיד בניסוי. לצורך זה הוסף לטבלה שורות בשביל משתנה חדש. פרט חישוביך. ה. התייחס לגרף ששרטטת בסעיף ג': (2) מצא את אורך הגל של האור שבו השתמש התלמיד בניסוי.,10 cm (1) האם הגרף חייב לעבור דרך ראשית הצירים? נמק. אילו היה רוחב המסך שבו השתמש התלמיד המרחק המקסימלי האפשרי בין הסדקים בניסוי זה? מה היה צריך להיות שאלה 18 תלמיד חיבר שני רמקולים B A, קטנים וזהים לאותו מגבר. (1) בנקודה בה התלמיד עומד, בנקודה C, עוצמת הקול מזערית. השתמש במושגים: התאבכות, אורך גל, מקורות קוהרנטיים והסבר מדוע עוצמת הקול מזערית. (5 נקודות) (2) מרחקי התלמיד מהמקורות הם R 1 ו R. 2 רשום ביטוי באמצעות נתוני השאלה ואורך הגל לכך שעוצמת הקול שהתלמיד שומע תהייה מזערית.

9 A C תלמיד R 1 R 2 B כאשר מקרבים בהדרגה את הרמקול A לאורך,AC בכיוון התלמיד ב ס"מ, התלמיד שומע לראשונה עוצמת קול מרבית. מה תדירות גל הקול? מהירות הקול. 340 m/s בכמה צריך להמשיך לקרב את הרמקול A באותו כיוון, כך שהתלמיד ישמע שוב עוצמת קול מרבית? במקרה אחר, מציבים את שני הרמקולים במרחק 3.36 מטר אחד מהשני. אורך הגל המופק משני הרמקולים הוא 0.8 מטר. מניעים מיקרופון רגיש לאורך ישר, CD המקביל לקו ) AB ראה תרשים למטה). המרחק בין הקווים AB ו CD גדול מאוד יחסית למרחק בין הרמקולים. מהי הזווית הקטנה ביותר יחסית ל- OO' שבה תהיה עוצמה מזערית לראשונה? OO') הוא אנך אמצעי ל- AB ). A C O O' B D

10 שאלה על אלקטרוסקופ טעון מונח לוח טונגסטן. האלקטרוסקופ מבודד היטב, מרוחק מכל גוף טעון ונמצא בחלל ריק מאויר. בעזרת מנורת כספית, המפיקה אור אולטרא-סגול בעל אורך גל, λ=1850å מבצעים את הפעולות הבאות: מקרינים על לוח הטונגסטן הבזק קצר מאד של אור ממנורת הכספית. הדבר גורם לירידה במטען האלקטרוסקופ (המחוג יורד במקצת). מקרינים על לוח הטונגסטן אור ממנורת הכספית במשך זמן ארוך. לאחר התפרקותו, רואים שהאלקטרוסקופ נטען שו (המחוג עולה למצב חדש ונשאר בו באופן קבוע). אור אולטרה - סגול לוח טונגסטן אלקטרוסקופ א.באיזה סוג מטען חיובי או שלילי היה טעון האלקטרוסקופ לפני הפעלת מנורת הכספית? הסבר מדוע מתפרק האלקטרוסקופ ממטענו כאשר הקרינה האולטרא-סגולית פוגעת בלוח הטונגסטן, ומדוע לאחר מכן הוא נטען שו פונקצית העבודה (אנרגית הקשר) של הטונגסטן היא. 4.5eV מהי האנרגיה הקינטית של החלקיקים הטעונים הנפלטים מן הלוח? קיבולו של האלקטרוסקופ הוא.100pF כמה חלקיקים טעונים נפלטו מלוח הטונגסטן במשך טעינתו? ה.מדוע נפסקת פליטת החלקיקים הטעונים מלוח הטונגסטן למרות שממשיכים להקרין עליו אור אולטרא-סגול?

11 שאלה 20 הקרינו באור מונוכרומטי תא פוטו-אלקטרי ומדדו את הזרם החשמלי דרך התא I C B V A כתלות במפל המתח עליו ("אופיין התא") כמתואר בגרף : הסבר את מהותן של שלושת הנקודות C B, A, המופיעות בגרף זה והגדר אותן במונחים המקובלים. עתה מציבים את מקור האור רחוק יותר מהתא הפוטואלקטרי וחוזרים על המדידות החשמליות. אם ישרטטו את האופיין החדש, מה יקרה למיקומן של הנקודות A ו C שנזכרו בסעיף א'? נמק. קבל לוחות, בנוי ממתכת שפונקצית העבודה שלה היא.3.65eV אחד הלוחות בקבל מוארק. על הלוח השני מקרינים קרינה אלקטרו-מגנטית, כמתואר בשרטוט. הקבל לא היה טעון לפני הקרנתו. מצא את אורך הגל המכסימלי שיגרום לפליטת אלקטרונים מן הלוח המוקרן. האם הלוח המוקרן נטען לפוטנציאל חיובי או שלילי? נמק. התא מוקרן בקרינה אולטרה-סגולה בעלת אורך גל של, 2480 A מהו הפוטנציאל הסופי אליו יגיע הלוח המוקרן? ה.

12 שאלה 21 כדי לחקור אפקט פוטואלקטרי ביצע תלמיד ניסוי במעבדה לפיזיקה. לרשותו עמדו מקור אור לבן, מסננים בצבעים שונים (על כל מסנן כתוב אורך הגל המינימאלי λ, המועבר על ידי המסנן) ותא פוטואלקטרי. התלמיד הרכיב מעגל חשמלי ומדד את מתח העצירה לכל אחד מהמסננים. הנתונים שהתקבלו, רשומים בטבלה. הגדר את המושגים "אנרגיית קשר" (פונקצית העבודה), "תדירות הסף". התלמיד שרטט גרף של מתח העצירה כתלות באורך הגל. (1) האם צפוי קו ישר? נמק. (2) כיצד ניתן למצאו את תדירות הסף באמצעות גרף זה? העתק את הטבלה למחברתך והוסף עמודה ובה תדירויות הקרינה. שרטט גרף של מתח העצירה כתלות בתדירות הקרינה. : אורך λ הגל (Å) מצא על פי הגרף את אנרגיית הקשר, את תדירות הסף פלאנק. הסבר כיצד מצאת כל אחד מהגדלים הנ"ל. ואת קבוע (2) החלפת הקתודה (פולט) לקתודה, עשויה חומר בעל אנרגיית (3) החלפת מקור האור למקור אחר, הפולט גם קרינה אולטרה סגולה (יתר חלקי המערכת ללא שינוי )? מתח העצירה (V) ה. כיצד ישפיע כל אחד מהשינויים הבאים על הגרף שקיבלת בסעיף ג ' (1) הרחקת מקור האור מהתא. קשר גדולה יותר?

13 שאלה 22 ה. ו. לקתודה של תא פוטואלקטרי מסוים פונקצית עבודה 1.87=B ev מה אורך הגל המקסימלי של קרינה אלקטרומגנטית שאם. הקתודה תוקרן בה יתנתקו האלקטרונים מהמתכת? הסבר את תשובתך. אם מקרינים את המתכת בקרינה בעלת אורך גל של שרטט גרף איכותי המתאר את עוצמת הזרם החשמלי, 4000A 0 מה מתח העצירה שיש להפעיל על התא הפוטו- אלקטרי כדי לעצור את הזרם החשמלי? כפונקציה של המתח המופעל על הת הסבר בקצרה את צורת הגרף. כיצד ישתנה הגרף ששרטטת בסעיף הקודם אם תוגדל עוצמת הקרינה הפוגעת בתא פי 2 (ללא שינוי באורך הגל)? שרטט את הגרף המתקבל, במקרה זה, על רקע הגרף ששרטטת בסעיף ב'. מקרינים את המתכת בקרינה בעלת אורך גל כפול מאורך הגל שחושב בסעיף א' ובהספק גדול פי 4 מהספק שהופעל בסעיף א'. האם ניתן להוציא אלקטרונים מהמתכת בדרך זו? הסבר. שרטט גרף באופן איכותי המראה את התלות בין האנרגיה הקינטית של האלקטרונים כתלות באורך הגל של האור הפוגע. האם מתקבל גרף ליניארי? אחד הצירים? (הסבר את משמעותה ( הסבר תשובתך. האם מתקבלת נקודת חיתוך עם

14 שאלה 23 קבוצת תלמידים המשתתפים בטורניר בפיזיקה (טורניר הכספות) תכננה כספת שבה אור לייזר צריך לפגוע בתא פוטואלקטרי. לשם כך ביצעו התלמידים סדרת ניסויים שבהם הקרינו אור באורכי גל שונים על הקתודה. התוצאות שהתקבלו באחד הניסויים מובאות בטבלה שלפניכם: (Å ) 2535 λ אורך הגל Vo(V) מתח עצירה ה. שרטט גרף של Vo כפונקציה של 1 λ. (הערה: הפוך Ǻ למטרים) מצא מתוך הגרף ששרטטת את קבוע פלנק ואת פונקצית העבודה של הקתודה. מצא מתוך הגרף את אורך הגל המקסימלי עבורו תתקבל פליטת אלקטרונים מן הקתודה. האם אור לייזר בעל. 5000Å הנח כי לפליטת אלקטרונים מן הקתודה. λ = 6328Å יוכל לגרום לשחרור אלקטרונים מן הקתודה? בניסוי אחר חקרו התלמידים את זרם הרוויה עבור מקורות אור שונים. ההספק של מקור האור במקרה שזרם הרוויה הוא האור הוא A חשב את ואורך הגל של 0.5% מן הפוטונים הנפלטים ממקור האור גורמים

15 שאלה 24 C R בונים מערכת בה זוג לוחות מתכת נמצאים בתוך שפופרת ריק (ואקום). הלוחות מחוברים למעגל חשמלי דרך נגד משתנה R כמתואר בתרשים. מתח הסוללה שבמעגל. 1.5V D מקרינים את אלקטרודה C באור מונוכרומטי באורך גל Å בחלק זה של הניסוי מזיזים מהנקודה P שמאלה. את המגע הנייד 'P עוצמת הזרם במעגל יורדת. μ A הסבר מדוע עוצמת הזרם יורדת. (1) החל ממתח שערכו 1.03V ערכו של הזרם (2) מתאפס. חשב את פונקצית העבודה של P' האלקטרודה. P מזיזים את המגע הנייד ימינה, ובודקים את הערך של עוצמת הזרם כתלות במתח. עוצמת הזרם - + גדלה עם שינוי המתח עד לערך מרבי של. 3µA חשב את אנרגית האור של הנורה במשך שנייה אחת, אם ידוע שרק 15% מהפוטונים הנפלטים ממנה גורמים לפליטת אלקטרונים מהמתכת. חזרו על המדידות, באותה מערכת, באור מונוכרומטי באורך גל Å האם מיקום הגררה 'P ברגע שהזרם מתאפס זהה למיקום בניסוי הקודם, ימינה או שמאלה ממנו? נמק תשובתך. בניסוי אחר, השתמשו בשפופרת דומה אך במקום להאיר את אלקטרודה C, מחממים אותה. הסוללה הוחלפה בספק מתח גבוה מאוד, שמסוגל לספק תחום נרחב של ערכי מתח. באחד מהניסויים נמצא שהאלקטרודה D פולטת קרינה אלקטרומגנטית רציפה בתחום קרני X. (1) כל אורכי הגל בקרינה הנפלטת היו מעל m. הסבר מדוע קיים אורך גל מינימלי בקרינה שנפלטת מ- D. (2) חשב את המתח של ספק המתח בניסוי.