שאלה 1. x L שאלה 2 (8 נקודות) שאלה 3. עבור.0<x<6m הסבר. (8 נקודות)

Transcript

1 שאלות ממחשב שלי שאלה 1 תלמיד הכין מערכת למדידת מטענים חשמליים. הוא לקח שני כדורים מוליכים קטנים זהים. את האחד הוא תלה בקצה חוט שאורכו L, ואת השני הצמיד לקצה של מוט. הוא התקין את המערכת כך ששני הכדורים היו באותו גובה ובמרחק d זה מזה (ראה תרשים א). החוט והמוט עשויים מחומר מבודד. כמה פעמים, ובכל x (m) התלמיד טען את שני הכדורים באותו מטען q, וכתוצאה מכך סטה הכדור התלוי בשיעור x (ראה תרשים ב). התלמיד שינה את d d (m) r = d + x 1/r 2 פעם מדד את x. להלן תוצאות מדידותיו: 0.92 העתק את הטבלה למחברתך, והשלם אותה. שרטט גרף של x כפונקציה של r/ ב. הראה כי כאשר x >> L (כך ששיעור עליית הכדור זניח), גודל כוח x הדחייה החשמלי F הפועל בין שני הכדורים מקיים:, F mg 0.18 L כאשר m היא מסת הכדור התלוי. בהסתמך על חוק קולון ועל סעיף ב, הסבר את צורת הגרף שקיבלת. ד. חשב את המטען q בהסתמך על הגרף ששרטטת, אם נתון כי m. = 18gr ; L = 0.8m שאלה 2 לפניך שרטוט המתאר את מהלכה של קרן אלקטרונים b העוברת בין שני לוחות מוליכים אופקיים. המתח בין לוחות הוא V, אורך לוחות הוא b ה. קרן נכנסת בין הלוחות בכיוון אופקי וסוטה מכיוונה, כך שבצאתה מן הלוחות הסטייה האנכית שלה מכיוונה ההתחלתי היא. y y מגדילים את המתח בין לוחות ל- 3V. באיזו מידה משתנה: 1. הכוח הפועל על אלקטרון הנע בין הלוחות? (5 נקודות) 2. הזמן הדרוש לאלקטרון לעבור את המרחק? b (5 נקודות).3 ההעתק האנכי? y 5) נקודות) ב. קרן האלקטרונים הוחלפה בקרן של יונים חיוביים. מצאו עתה שהסטייה 'y קטנה מאוד. הצע שני שינויים במערכת הניסוי, אשר כל אחד מהם בנפרד יגרום להגדלת הסטייה 'y. (10 נקודות) עבור אחת מהצעותיך בסעיף ב', חשב את גודל השינוי הדרוש על מנת להגדיל את הסטייה 'y פי 8. (8 נקודות) שאלה 3 1. בתרשים א נתון גרף המתאר את השתנות הפוטנציאל החשמלי כפונקציה של המרחק x. ב. ד. ה. הסבר מה משמעות המושג פוטנציאל חשמלי. (3 נקודות) שרטט גרף של עוצמת השדה החשמלי כפונקציה של x עבור.0<x<6m הסבר. (8 נקודות) חשב את המהירות המינימאלית שיש להעניק בנקודה 0=x לחלקיק שמסתו +6x10-9 C 10 ומטענו -9 kg על מנת שיגיע לנקודה.x=6m (9 נקודות) האם ייתכן שהגרף מתאר את הפוטנציאל סביב מטען נקודתי? נמק את תשובתך. (7 נקודות) בתרשים ב' מתואר השדה החשמלי סביב מטען נקודתי. העתק את התרשים למחברתך וסרטט עליו משטחים שווי פוטנציאל. הסבר את שרטוטך. ) 1/3 6 נקודות) תרשים א' תרשים ב'

2 - שאלה 4 שלושה מטענים מוצבים כמתואר ונתון בתרשים נקודה C היא מרכז המשולש ו- b. = 6 cm ) המשולש הוא שווה שוקיים (. q = 3μC - q = 3μC b = 6cm - א. מהו גודל וכיוון השדה שיוצרים בנקודה C שני המטענים השליליים( q )? נמק. (10 נק') ב. מהו כיוון השדה שיוצר בנקודה C המטען? Q נמק. (7 נק') ג. מהו גודלו של המטען Q שמאפס את עוצמת השדה בנקודה C?נמק! (8 נק') ד. מהו כוח הפועל על האלקטרון שנמצא בנקודה C אם Q הוא חיובי? (8.3 נק') תשובות: שאלה 5 נתונה דיאגרמה של קווי שדה חשמליים של מערכת אינה ידועה מיקומם של נקודות,, C הוא y=0.06m 1. באיזה משלושת הנק' האלו גודל השדה החשמלי הגדול ביותר? נמק!( 6 נק') 2. באיזה משלושת הנק' האלו גודל הפוטנציאל החשמלי הגדול ביותר? נמק!( 6 נק') אלקטרון משוחרר מנקודה 1. תאר במילים את תנועתו של האלקטרון (התייחס לכיוון התנועה, מהירות ותאוצה)( 4.3 נק') 2. חשב את מהירותו של האלקטרון כאשר הוא עובר הפרש פוטנציאלים של 10V.(5 נק') הנקודות ו- C נמצאות בהפרש פוטנציאלים של. 20V ה ע ר יך גודל של השדה החשמלי באמצע המרחק בין הנקודות. הסבר את ההנחה שעשית.( 6 נק') על הדיאגרמה של קווי שדה סרטט קו שווה פוטנציאל העובר בנק' D ובשלוש קווי שדה.( 6 נק') ב. ד. שאלה 6 בתרשים המצורף מתוארים שני קווים שכל אחד מהם מתאר חתך של משטח שווה פוטנציאל..V 1 > V 2 V. 2 נתון כי,V 1 ובשני הפוטנציאל במשטח האחד הוא מטען חיובי q עובר ממשטח למשטח. פעם מ- ל-, ופעם מ- C ל- D. באיזה משני המסלולים עושה השדה עבודה גדולה יותר? נמק! באיזה משני המסלולים ההעתק גדול יותר? ב. באיזה משני המסלולים פעל כוח חשמלי ממוצע גדול יותר? נמק! היכן השדה החשמלי חזק יותר, באזור או באזור?CD נמק! ד. מה הקשר בין צפיפות של משטחים שווי פוטנציאל ועוצמת השדה החשמלי? ה.

3 שאלה 7 הסבר מהו קבל. (6 נקודות) התרשים מתאר כדור מוליך התלוי על חוט מבודד בין שני לוחות קבל. המרחק בין הלוחות הוא d=5 ומסת cm הכדור =m gr מחברים את הלוחות למקור מתח של 500 v וכתוצאה מכך סוטה החוט בזווית = 5 α (ראה תרשים). ב. מהי כמות המטען על הכדור? (9 נקודות) מרחיקים את הלוחות זה מזה, בעודם מחוברים למקור המתח, למרחק 7.5. cm האם תשתנה זווית הסטייה של החוט ביחס לאנך? נמק. (9 נקודות) ה. מחזירים את הלוחות למרחק 5 cm האחד מהשני. מנתקים את מקור המתח ואז מקרבים את הלוחות זה אל זה, עד שהמרחק ביניהם 3. cm האם תשתנה זווית הסטייה של החוט מהאנך? נמק. (1/3 9 נקודות) שאלה 8 שני מטענים נקודתיים שליליים - Q קבועים בנקודות. y שעל ציר (, o d) ו (, od) נתונים : א) ב) ג). kdq,, מהו הגודל והכיוון של השדה החשמלי בנקודה מהו הגודל והכיוון של השדה החשמלי בנקודה של הביטוי שקיבלת. (10 נקודות). M M מהי העבודה החיצונית הדרושה להעברת מטען נקודתי נקודות). הנמצאת במרחק X מראשית הצירים?O כאשר היא רחוקה מאוד מראשית הצירים (X>d)? הסבר את המשמעות הפיזיקאלית, +q מראשית הצירים O לנקודה M כאשר המרחק 10)? X = d שאלה 9 אלומת אלקטרונים נכנסת במהירות נכנסת בנקודה V 0 = 610 = 4cm 6 m sec ויוצאת בנקודה. המרחק בזווית = 37 α, לתוך שדה חשמלי אחיד שבין שני לוחות מקבילים טעונים. האלומה והמרחק בין הלוחות הוא d = 5cm (ראה תרשים). א) מהי מהירות היציאה של האלומה 1 (גודל וכיוון)? הסבר. ) 5 נקודות) 3? ב) חשב את המתח בין 2 הלוחות המקבילים. (20 נקודות) ג) מקטינים את המתח בין הלוחות פי 2. כיצד ישפיע הדבר הזה על המרחק הסבר וחשב (8 נקודות). שאלה 10 נתונים ארבעה כדורים לא טעונים, D, C,,.כל הכדורים זהים בגודלם. רק הכדורים ו- נוגעים זה בזה. הכדורים, ו- C עשויים מחומר מוליך, והכדור D עשוי מחומר מבודד. E מפעילים על הכדורים שדה חשמלי אחיד, שעוצמתו 100 N/C וכיוונו ימינה, כמתואר בתרשים תרשים א' תרשים ב'

4 קבע לכל אחד מארבעת הכדורים אם הוא נטען, ואם כן - מהו הסימן של המטען. נמק את קביעותיך. (10 נקודות) מוציאים את כדור מהשדה החשמלי ותולים אותו על חוט מבודד מחוץ לשדה (תרשים ב). מוציאים מהשדה החשמלי גם את הכדורים, C, ב. יימשך, יידחה או יישאר במקומו. הנח כי מטען הכדורים אחד הכדורים. האם כדור ו- D. תאר מה יקרה לכדור כאשר יקרבו אליו בכל פעם את לא השתנה. נמק את תשובותיך. (9 נקודות) מקרבים את כדור לכדור. כדור סוטה, ולאחר מכן הוא מתייצב כך שמרכזי הכדורים ו- הם באותו גובה, והמרחק ביניהם הוא 5.במצב cm זה נוצרת זווית של 7 0 בין החוט לאנך. מסת הכדור היא 7.4. gr (14.33 נקודות) מהו הערך של המטען החשמלי על פני כל אחד משני הכדורים ו-! שאלה 11 שני מטענים נקודתיים חיובים q 1 ו-, q 2 מוחזקים במנוחה בנקודות M ו- N כמוראה בתרשים. אורך הקטע הוא.MN = r עוצמת השדה החשמלי בנקודת האמצע של הקטע MN היא = 0,E ונתון כי הפוטנציאל החשמלי הוא.V = V מטען נקודתי q = C מועבר ממקום רחוק מאוד ) אינסוף ( אל הנקודה מסתו של המטען היא m. = kg q 2M q 1 הזנח את השפעת כוח הכובד על המטען. כאשר משחררים את המטענים q 1 ו- q, 2 גם הם וגם המטען ( q, m) יישארו N במנוחה במקומם בנקודות N M, ובהתאמה,. מצא את גודלם של q 1 ו- q. 2 (6 נקודות) חשב את r. (5 נקודות) ב. חשב את העבודה שבוצעה עלי די השדה בהעברת המטען ) q (,m מאינסוף לנקודה ואת האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית של מטען זה בהיותו ב-? (5 נקודות) ד. תלמיד טוען שהאנרגיה הפוטנציאלית החשמלית של מערכת שלושת המטענים ) q ( q 1, q 2, שווה לזו שמצאת בסעיף הקודם. האם טענתו נכונה? נמק (אינך נדרש לבצע חישובים). (4 נקודות) ) q (,m מהנקודה עד לנקודה ונתון ומעבירים את המטען ו- q 2 מחזיקים במקומם את המטענים q 1 כי = 0.4m (ראה תרשים). יוצרים בנקודה? (6 נקודות) ו- q 2 מצא את השדה החשמלי E (גודל וכיוון) שהמטענים q 1 ה. מצא את הכוח החשמלי F (גודל וכיוון) הפועל על המטען ( q, m) בהיותו בנקודה? (4 נקודות) ו. חשב את המהירות ) v גודל וכיוון ( שיש להקנות למטען ) q, m) בנקודה על מנת שיבצע תנועה מעגלית במישור מאונך לקטע, MN ז. כשרדיוס מסלולו הוא? (⅓3 נקודות) שאלה 12 שני כדורים קטנים זהים (בעלי מסה m כל אחד) נטענו במטענים שונים. הכדור האחד () קשור לחוט מבודד אנכי ואינו חופשי לנוע ומטענו q. הכדור השני () קשור לקצה חוט חופשי שאורכו l, שקצהו השני קשור לנקודה קבועה על החוט האנכי (ראה תרשים א). מטענו של הכדור השני הוא q. במצב שווי משקל החוט סוטה מן האנך בזווית, θ ושני הכדורים נמצאים בגובה זהה. תאר את תרשים הכוחות עבור כדור. הסבר מהו כל כוח ומי מפעיל אותו. ) 6 נקודות) מה אפשר לומר על סימני המטענים של שני הכדורים? (3 נקודות) ב. (6 נקודות). ו- θ, q q, g, m בטא את מתיחות החוט באמצעות תרשים א' ד. 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? ה. הסבר. (4 נקודות) מן הנקודה שאליה קשור כדור l מנמיכים את כדור כך שהוא קשור עתה במרחק (ראה תרשים ב). תאר את תרשים הכוחות עבור כדור במצב זה. הסבר מהו כל כוח ומי מפעיל אותו. (1/3 6 נקודות) ו. תאר והסבר. (4 נקודות) אם פורקים את כל המטען של כדור מה קורה לכדורים לאחר מכן? ז. שאלה 13 תלמיד צריך להפעיל נורת להט של 75 W 110 V בהתאם לרשום עליה, בעזרת מקור מתח של 220 V שהתנגדותו הפנימית זניחה. כדי להפעיל את הנורה בהתאם לרשום עליה, חיבר התלמיד לנורה נגד בטור. חשב את התנגדות הנגד. (8 תרשים ב' נקודות) ב. התלמיד רוצה להשתמש בנורות של 25 W 110 V במקום הנגד, כדי להפעיל את הנורה בהתאם לרשום עליה. כמה נורות יש לחבר וכיצד? סרטט את המעגל ונמק. (15 נקודות) במעגל שסרטטת בסעיף ב' נשרפה נורה אחת של 25. W בהנחה שאף נורה נוספת לא נשרפה, כיצד ישפיע הדבר על עוצמת האור של הנורה בת ה 75 W ושל הנורות בנות ה 25 W שנותרו? נמק. (10 נקודות)

5 R = 5cm לא טעון, שרדיוסו מוחזק במקומו, מקרבים אליו כדור מתכתי כאשר הגוף. q += 10 6 שאלה 14 גוף נקודתי טעון במטען C (ראה תרשים א'). תרשים א תרשים ב 4) נק'). (1) העתק את תרשים א' וסמן עליו את התפלגות המטען בכדור כשהוא קרוב למטען q+ שעל (2) איזה סוג של כוח (משיכה, דחייה, אין כוח) קיים בין ל? הסבר (4 נק'). (3) האם יש להשקיע עבודה בקירובו של הכדור לגוף? הסבר (4 נק'). (1) כשכדור נמצא בקרבת הגוף, מאריקים אותו (ראה תרשים ב'). העתק את תרשים ב', וסמן עליו את התפלגות המטען בכדור (5 נק'). (2) האם הכוח המוזכר בסעיף א (2) גדל, קטן או נשאר כפי שהיה? הסבר. (5 נק'). (3) האם העבודה המוזכרת בסעיף א (3) גדלה, קטנה או נשארת ללא שינוי, אם מקרבים את הכדור המוארק לגוף? הסבר. (5 נק'). חשב את העבודה בתנאים של סעיף ב' (הכדור מוארק וקרוב ל - ) כאשר מקרבים את הכדור ממרחק 15cm למרחק של 7cm מגוף (המרחקים נמדדו בין הנקודה למרכז הכדור ); הנח שאין שינוי משמעותי בהתפלגות המטען שעל הכדור (⅓6 נק'). ב. שאלה 15 שטח מלבני = 50cmx20cm נמצא בתוך שדה חשמלי אחיד שעוצמתו, E = N/C מכוון אופקית שמאלה. התרשים מראה מבט על המצב. 1.מהו השטף החשמלי דרך המלבן כאשר: 6) נק') 0 = θ 6) נק') ב. = 70 θ 2.בתוך השדה נכנס פרוטון מאונך לשדה מלמטה במהירות התחלתית v = 5 m/s (7 נק') מהי צורת המסלול של הפרוטון(שרטט ונמק!) אם עובי השדה הוא 4 cm,תוך כמה זמן הפרוטון יוצא מן השדה? (7 נק') ב. מהי מהירותו לש הפרוטון (גודל וכיוון) ביציאתו מן השדה? (7.3 נק') E v 0 4cm E θ שאלה 16 σ 20 0 כדור קטן שמסתו 50gr ומטענו 5μC תלוי בחוט מבודד שאורכו 80cm ונמצא בשדה החשמלי של לוח אינסופי טעון באופן אחיד.החוט נפרש בזווית 20 0 לכיוון הלוח (ראה תרשים). הוכח על פי חוק גאוס את עוצמת השדה הנוצר על ידי הלוח. (6 נק') ב. מהי צפיפות המטען σ של הלוח האינסופי? (20 נק') מהי סטית החוט אם נציב עוד לוח(מימין לכדור) טעון באופן אחיד עם אותו צפיפות אבל מנוגד לחוח הראשון? (7.3 נק') m,q α C D K שאלה 17 כדור קטן שמסתו, m = 2 gr הטעון במטען q לא ידוע, מקובע בנקודה גדול מאוד ) ראה תרשים (. הפוטנציאל החשמלי הנוצר ע"י המטען q בנקודה C. V C = V הוא ( C = 9 cm ) - מצא את גודלו ואת סימנו של. q מצא את השדה החשמלי E C ) גודל וכיוון ( בנקודה. C.3 - חשב את הפוטנציאלים V ו- V D בנקודות ו-. D נתון כי : cm, = 8. D = 10 cm -.4 בהשתמש בפוטנציאלים V ו- V D שחישבת בסעיף הקודם, חשב את הערך הממוצע E C של על גבי משטח אופקי חלק

6 א( השדה החשמלי בנקודה ; C השווה בין הערכים E C ו- ) E C סעיף 2. ( ב. - כדור קטן שני, זהה במסתו ובמטענו לכדור המקובע ב-, מובא מרחוק עד לנקודה. K נתון : cm. α = 60, K = C = 9 - מהי העבודה שהושקעה בפעולה זו? - מהו הכוח ) גודל וכיוון ( הדרוש להחזקת הכדור השני בנקודה? K חשב את השדה ' C ) E גודל וכיוון (, ואת הפוטנציאל ' C ) V גודל וסימן ( הנוצרים ב- C עקב הבאת הכדור השני ל-. K - עתה הנח כי גם הכדור הנמצא ב- הינו נייד. משחררים בו בזמן את שני הכדורים. 1. לאיזה כיוון ינוע כל אחד מן הכדורים? 2. מהי המהירות המכסימלית אליה יגיע כל כדור? שאלה 18 ארבעה מטענים נקודתיים,q,q-,q+ q+ מוחזקים בקודקודי ריבוע שאורך צלעו a בשני הסידורים המופיעים בתרשימים א' ו- ב'. + _ + + יש להתעלם מכוח הכובד הפועל על החלקיקים. _ + + _ ב. ד. ה. תרשים א' הגדר את המושגים : (א 1 ) שדה חשמלי בנקודה במרחב. (3 נק') 2) וולט (3 נק') מה השדה החשמלי (גודל וכיוון) במרכז הריבוע בכל סידור? (7 נק') מהו הפוטנציאל החשמלי במרכז הריבוע בכל סידור? (7 נק') מה העבודה החיצונית הדרושה כדי ליצור את סידור המטענים שבתרשים א'? (7 נק') בסידור ב' חשב את השדה החשמלי לאורך ציר x (העובר דרך מרכז הריבוע בניצב למישור המטענים) כפונקציה של x. ראה תרשים ג'. 6.3 נק' תרשים ב' x=0 + _ תרשים ג' שאלה 19 בתרשים מוצג כדור מוליך חלול טעון שרדיוסו 3 ס"מ. הפוטנציאל החשמלי בנקודה, הנמצאת בתוך הכדור, הוא 3000 וולט. חשב את המטען של הכדור.( 10 נקודות) חשב את עצמת השדה החשמלי ב. בנקודה.(5 נקודות) 1. R בנקודה הנמצאת במרחק 6 ס"מ מפני הכדור. (5 נקודות ( 2. משחררים בנקודה חלקיק שמסתו 2x ק"ג ומטענו שלילי וגודלו 3.2x קולון. חשב את המהירות בה יפגע ) 10 נקודות ( החלקיק בכדור. נתייחס לתנועה המתוארת בסעיף ג: איזה מבין הגרפים הבאים מייצג איכותית נכון את גודל תאוצת החלקיק הטעון ד. כתלות במרחק ממרכז הכדור? נמק.( 3.3 נקודות ( a a א ב a a ג ד r r r r טוענים את הכדור, במטען חשמלי, עד אשר הפוטנציאל, בנקודה, במרחק 30 ס"מ שאלה 20 כדור קטן, מוליך, בעל רדיוס של 0.2 ס"מ. מוצב בנקודה. O מן הכדור, הוא 3000 וולט. O

7 3 1 / 3 נק') ) חשב את כמות המטען על הכדור. מניחים כדור מוליך שני,בלתי טעון, שרדיוסו 0.4 ס"מ, כך שמרכזו בנקודה. ב. 1) האם, כתוצאה מכך, הפוטנציאל החשמלי בנקודה קטן? גדל או נותר ללא שינוי? ) 3 נק') הסבר. האם השדה החשמלי בנקודה קטן? גדל? שינה כיוון או נותר ללא שינוי? ) 3 נק') הסבר. (2 מחברים את שני הכדורים בתיל מוליך. חשב את כמות השפעת הכדורים זה על זה לצורך החישוב. ) 7 נק') המטען על כל כדור כאשר המצב מתייצב. לצורך החישוב, הזנח את ד. 1) האם, כתוצאה מחיבור הכדורים, הפוטנציאל החשמלי בנקודה קטן? גדל או נותר ) 4 נק') האם השדה החשמלי בנקודה קטן? גדל? שינה כיוון או נותר ללא שינוי? ) 4 נק') הסבר. ללא שינוי? הסבר. (2 ידוע כי הקטעים O וO ניצבים זה לזה. הנח כי צפיפות המטען על פני הכדורים אחידה וענה: z 1) ה. (2 מהו הפוטנציאל החשמלי בנקודה כעת? מהו השדה החשמלי, גודל וכיוון, בנקודה? שאלה 21 בקודקודי משולש שווה צלעות הנמצא במישור 4 ) 6 נק') ) נק') q. מונחים שלושה מטענים חיוביים נקודתיים שגודלם x y ציר z מוגדר כך, שראשיתו נמצאת במרכז המשולש, הוא מאונך למישור המשולש וכיוונו החיובי כלפי מעלה. אורך הצלע של המשולש שווה ל- a. מהו הגודל של השדה החשמלי במרכז המשולש? נמק. (7 נק') מהו הגודל של הפוטנציאל החשמלי במרכז המשולש? נמק. (7 נק') לפניך 4 גרפים. איזה מבין הגרפים מתאר את השדה החשמלי לאורך ציר z, כפונקציה של z? נמק. (7 נק') ב. E E Z Z ד. לפניך 4 גרפים. איזה מבין הגרפים מתאר את הפוטנציאל החשמלי לאורך ציר z, כפונקציה של z? נמק. (7 נק') z = - a לנקודה ה. איזו עבודה נעשית בהעברת אלקטרון מנקודה? z = + a נמק. 5.33) נק')

8 c שאלה 22 שני מטענים מוצבים בשני קודקודי היתר של משולש ישר זווית כמוראה בציור. גודלו של q 1 הוא 8x10 9- c ואילו המטען השני אינו ידוע. כוונו של השדה השקול E בנקודה C הוא כלפי מטה (במאונך ליתר). 5 cm 12 cm E q 1 q 13 cm 2 ב. ד. מהו סימנו של כל אחד מהמטענים? הסבר! מהו גודלו של המטען השני? מה גודלו של השדה החשמלי? E מהו הפוטנציאל החשמלי בנקודה? C מציבים אלקטרון בנקודה C ה. מהי תאוצתו אל האלקטרון (גודל וכוון) בנקודה זו? ו. מה תהיה מהירות האלקטרון כאשר יתרחק מנקודה זו למרחק רב? Q 1 =+ 8 q +q שאלה 23 חרוז קטן שמטענו יכול להחליק ללא חיכוך לאורך חוט אופקי מבודד שאורכו בקצות החוט קבועים שני מטענים: ו- Q (ראה תרשים). 2 = + 2 q k,, נתונים: q Q 1 +q Q 2 (10 נק'). Q 1 (1) באיזה מרחק מהמטען ימצא החרוז בשיווי משקל? 1 (2) האם שיווי משקל זה הוא יציב, רופף או אדיש? נמק. ) 3 נק'). 3 ב. מהי עוצמת השדה החשמלי בנקודת שיווי המשקל? מזיזים את החרוז שמאלה עד למרחק (2 נק'). 3 Q 1 ומשחררים אותו ממנוחה. מ - (10 נק'). Q 2 באיזה מרחק מ - יעצור רגעית החרוז? ד. האם תנועת החרוז המתקבלת בסעיף ג' היא תנועה הרמונית פשוטה? הסבר (3 נק'). ה. חשב את האנרגיה הכוללת של שלושת המטענים, לאחר הזזת החרוז ושחרורו לתנועה (5 נק'). שאלה 24 שני כדורים מוליכים זהים ניטרליים עומדים צמודים זה לזה כמוראה בתרשים.מקרבים אל שני הכדורים מוט טעון במטען חיובי. האם צריך להשקיע עבודה חיצונית, כנגד השדה החשמלי, על מנת לקרב את המוט אל הכדורים, או שהשדה החשמלי מבצע עבודה על המוט בהתקרבו אל הכדורים?הסבר! ) 5 נק') ב. תאר את פילוג המטענים עלהכדורים. שרטט והסבר! ) 5 נק') שרטט את קווי השדה ואת הקווים שווי הפוטנציאל במערכת הכדורים (בנוכחות המוט, מבלי לצייר אותו). ) 4 נק') ד. מרחיקים את הכדור השמאלי מן הכדור הימני. לאחר מכן מרחיקים את המוט מסביבת הכדורים. מעל לשני הכדורים תולים, על חוטים מבודדים שני כדורים קטנים מוליכים וניטרליים. כתוצאה מכך נמתחים החוטים ונפרשים בזווית, כמוראה בתרשים בי 1.הסבר מדוע נמתחים החוטים. ) 6 נק') 2.מחברים את הכדורים הגדולים זה לזה בעזרת תיל, ומחכים עד להתייצבות המערכת ואז מנתקים את התיל. מה תהיה כמות המטען החדשה על כל אחד מן הכדורים? הסבר! ) 7 נק') 3.האם המתיחות בחוטים תגדל/ תקטן/ לא תשתנה כתוצאה מחיבור התיל? נמק! ) 6 נק')

9 שאלה 25 ארבעה מטענים ממוקמים בארבעת קודקודיו של ריבוע שצלעו, a כמוראה בתרשים ג'. חשב את הכוח החשמלי (גודל וכיוון) הפועל על המטען בנקודה. (8 נק') ב. חשב את השדה החשמלי (גודל וכיוון) בנקודה. 4) נק') חשב את הפוטנציאל בנקודה. 8) נק') ד. חשב את העבודה שהושקעה בהבאת המטען+ q אל הנקודה.(5 נק') ה. חשב את האנרגיה הפוטנציאלית האגורה במערכת המטענים. (8 נק') שאלה 26 כדור מבודד, שרדיוסו, R טעון בצפיפות מטען נפחית אחידה,ρ. הגרף המתאר את השדה החשמלי למול המרחק ממרכז הכדור מופיע בתרשים ג'. בטא את השדה החשמלי בתוך הכדור כתלות ב- ρ וב- r.(8 נק') ב. בטא את השדה החשמלי מחוץ לכדור, כתלות ב- ρ וב- r.(8 נק') חשב את צפיפות המטען הנפחית בכדור. ) 9 נק') ד. חשב את הפוטנציאל על שפת הכדור.( 8 נק'). Q C 0 =R/k טעון בכמות מטען וקיבולו שאלה 27 נתון כדור מוליך, שרדיוסוR ו- R בטא את הפוטנציאל כתלות ב: Q - 1) בתוך הכדור. ) 5 נק') 2) מחוץ לכדור. ) 5 נק') ב. בטא את העבודה הדרושה להעברת מטען נקודתי, q, מן הנקודה בתוך הכדור. (ראה תרשים ד')( 5 נק') אל הנקודה בטא את העבודה הדרושה להעברת מטען נקודתי,, q מן הנקודהD אל הנקודהE, מחוץ לכדור. (ראה תרשים ד') (5 נק') 2/ o C, באמצעות תיל ארוך מאוד. ד. מחברים את הכדור הנתון אל קבל לוחות בלתי טעון, שקיבולו (ראה תרשים ה')חשב את כמות המטען על קבל הלוחות, את כמות המטען החדשה על הכדור, ואת הפוטנציאל של הכדור וקבל הלוחות. ) 13 נק')

10 -Q 1 תרשים 1 שאלה 28 בתרשים 1 מתואר שני כדורים מוליכים בלתי טעונים הנוגעים זה בזה. רדיוסי הכדורים הם : m, R 1 = R 2 = 0.01 ומסותיהם שוות. - טוענים את כדור שלישי (זהה לשני הכדורים) במטען שלילי מסוים Q- ומקרבים לשני הכדורים ואחר כך ומפרידים בין הכדורים ; מסתבר שהם נטענו. מהו סימן המטען q 1 על הכדור, 1 ומהו סימן המטען q 2 2 על הכדור? 2 הסבר (3 נק') ב. - על מנת למצוא את גודל המטען q על כל כדור, מבצעים את הניסוי הבא : טוענים את שני הכדורים באמצעות מגע בכדור הטעון במטען שלילית כאשר שני כדורים נוגעים זה בזה( ראה תרשים ). 2 ומפרידים בין שני הכדורים. מסתבר שהם נטענו. -Q תרשים 2 1.מהו סימן המטען q 1 על הכדור, 1 ומהו סימן המטען q 2 על הכדור? 2 הסבר 2.האם גודל של מטען של הכדור הראשון גדול/קטן/שווה לגודל של מטען של כדור השני?הסבר.3 נתון כי גודל של כדור הטעון לפני הניסוי היה Q. מהו גודל המטען של שלושה כדורים לאחר הניסוי? הבא את תשובתך באמצעות Q ג.תולים את שני הכדורים הטעונים באמצעות חוט מבודד בנקודה משותפת α ומודדים את זווית הסטייה ) α ראה תרשים ( 3 ופורקים את מטענם של הכדורים. משנים את מטען של כדור שהיה טעון מהתחלה (כדור שלישי) וחוזרים על ניסוי שוב. תוצאותיו של ניסוי זה מוצגות בטבלה הבאה : F הוא כוח דחייה הפועל על אחד מן הכדורים. תרשים 3 F (N) α ( º ) הוסף לטבלה שורה עבור ערכי. tgα סרטט גרף המתאר את tgα כפונקציה של. F מצא את שיפוע הגרף. (6 נק') פתח את ביטוי הקשר בין tgα לבין.F בהסתמך על ביטוי זה ועל שיפוע הגרף שחישבת בסעיף הקודם, מצא את גודל המסה של הכדור. (5 נק') ד- ע"י הכדור ) שלא נתלה ( מבצעים ניסוי נוסף בו מודדים את עוצמת השדה E ואת הפוטנציאל נתון כי : שכדור זה יוצר בכל אחת מן הנקודות ו- ) ראה תרשים ( 4.. O < O, V Q = 2μC O = 2 cm תרשים 4 ואת E חשב את. 2) נק') V האם E > E או? E < E האם >V V או < V? נמק. 2) נק') V סרטט תרשים בו יופיעו : (3 נק') - המשטחים שווי הפוטנציאל העוברים דרך הנקודות ו-. - קווי השדה החשמלי שהכדור יוצר סביבו.

11 V בתרשים מסומנים מספר משטחי שווי פוטנציאל. שאלה 29 לכדור מוליך טעון מרכזו בנקודה O ורדיוסו r=4cm ה. פוטנציאל על פני הכדור שווה הפוטנציאל באין סוף שווה לאפס ואין מטענים בקרבת הכדור. היעזר בתרשים ומצא: את מטען הכדור. 3 נק 1/3 את עבודת השדה החשמלי כאשר ב. מטען q= C מועבר: מהנקודה לנקודה.(3 נק') 1. מהנקודה C לנקודה. ) 2 ניק').2 ממרכז הכדור O לנקודה D שעל פניו. 2 נק 3. ). C 2 נק') במסלול.4 ) 4 נק') סרטט שני גרפים : של עוצמת השדה כפונקציה של המרחק ממרכז הכדור.(4 נק') 1. של גודל הפוטנציאל החשמלי כפונקציה של המרחק ממרכז הכדור. 2. סמן על הגרפים את הנקודות :.F,C,,,D,O (3 נק') 3. מחברים את הכדור הנתון עם כדור מוליך שני, באמצעות תיל מוליך ארוך מאוד, כך ששני הכדורים רחוקים מאוד זה מזה. בכל אחד מהמצבים המתוארים בסעיפים ד- ו, קבע אם בעקבות חיבור הכדורים גודל הפוטנציאל החשמלי בנקודה F יקטן, יגדל או לא ישתנה. נמק את תשובתך. ד. הכדור השני אינו טעון, ורדיוסו.( r=4cm 4 נק') ה. הכדור השני טעון במטען כפול מזה שמצאת בסעיף א', ורדיוסו. r=8cm (3 נק') ו. מחברים את הכדור הנתון עם כדור הארץ. (3 נק') שאלה 30 בתרשים א מתוארים שני כדורים מוליכים התלויים על שני חוטים מבודדים. א) האם אתה יכול לקבוע בודאות ששני הכדורים טעונים? נמק את תשובתך. ) 4 נק' ( ב) נתון שכדור טעון במטעו חיובי שגודלו. 2q ב- 1 ) האם אתה יכול לקבוע בודאות שהמסות של שני הכדורים שוות? נמק את תשובתך. ) 4 נק' ( ב- 2 ) האם המטען של כדור זהה בסימנו ושווה בגודלו למטען של כדור? נמק את תשובתך.( 4 נק' ( ג) נניח ואתה נוגע בכדור ואחר כך אתה מרחיק את ידך. שרטט איך תראה המערכת לאחר הנגיעה. הסבר את השרטוט ופרט אם הזוויות הפריסה של שני הכדורים תהיינה שוות בגודלן. ) 5 נק') ד) נניח אחרי ביצוע סעיף ג' אתה נוגע בכדור, ואחר כך אתה מרחיק את ידך. שרטט איך תראה המערכת לאחר נגיעה זו. הסבר את השרטוט. ) 4 נק' ( ה) בתרשים ב' מתוארים שני כדורים מןליכים התלויים על חוטים מבודדים ה- 1 ) האם אתה יכול לקבוע בודאות ששני הכדורים טעונים? הסבר את תשובתך ) 4 נק' ). ה- 2 ) במקרה אחר נתון שכדור טעון במטען q.נתון שהמסה של כפולה מהמסה של האם ניתן לטעון את הכדור כך שזויות הפריסה תהיינה שוות? אם לא נמק למה לא, אם כן, מהו גודל המטען α α על כדור? נתון שרדיוס שני הכדורים שווה. ) 4 נק') ה- 3 ) חוזרים לתרשים ב'. מביאים את שני הכדורים לידי מגע. סרטט איך תראה המערכת לאחר שהכדורים נוגעים אחד בשני. הסבר את תשובתך. דון בשתי אפשרויות ) 4 נק' ( תרשים א α תרשים ב α

12 שאלה 31 שני כדורים מוליכים שמחוגיהם a ו- b נמצאים במרחק גדול מאוד זה מזה ומחוברים ביניהם באמצעות תיל ארוך ודק. המטען הכולל על שני הכדורים הוא + Q. נתונים, Q, b, a ו-. k a b מה המטען על כל כדור? (8 נק') את הכדור שמחוגו a עוטפים קונצנטרית בקליפה מוליכה מוארקת שמחוגה 3a וממתינים עד שהמערכת תתייצב. החיבור המקורי בין שים לב כי בעקבות השינוי הזה משתנה מערך המטענים גם על הכדורים a ו-. b הכדורים נותר בעינו. מה הפוטנציאל החשמלי על הכדור שמחוגו a? (8 נק') ב. מה הפוטנציאל החשמלי על הכדור שמחוגו? b ) 7 נק') מה כמות המטען שחלפה דרך התיל המחבר בין הכדורים בעקבות השינוי הנ"ל? (7 נק') ד. בעקבות החיבור של שני הכדורים בסעיף א', האם האנרגיה של המערכת קטנה, גדלה או לא משתנה? ה. נמק! (3.3 נק') q+ ו- q-, כל אחד טעונים במטען שאלה 32 שני לוחות בעלי שטח נמצאים במרחק d זה מזה.הנח שמימדי הלוחות גדולים מאוד יחסית למרחק שביניהם. בסעיפים הבאים הזנח את כוח הכובד., d = 1 cm נתון:, q= 10-8 C, = 0.16 m 2 ε 0 = (F/m) חשב את צפיפות המטען האחידה של כל לוח. (4 נקו') חשב את השדה החשמלי (גודל וכיוון) ב. באזורים : 2,1 ו- 3. 6) נקו') 10*9.11=m 31- kg ומטענו אלקטרון שמסתו. P משוחרר ממנוחה בנקודה e=-1.6*10-19 C מהי צורת מסלולו ומהו סוג התנועה באזור? 2 הסבר (6 נקו') תוך כמה זמן יגיע האלקטרון ללוח הימני? ד. ובאיזו מהירות? (10 נקו') הלוח הימני מחורר על ידי מספר נקבים שהאלקטרון ה. יכול לעבור דרכם. מהי צורת מסלולו ומהו סוג התנועה באזור 3? הסבר (4 נקו') האם האלקטרון יגיע לנקודה N הנמצאת מול נקודה P? אם לא,הסבר מדוע לא ואם כן, ו. תוך כמה זמן? (3 נקו') -q +q P -e N d d קטן