ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

Transcript

1 ΘEMA A: ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Σε κάθε μια από τις παρακάτω προτάσεις να βρείτε τη μια σωστή απάντηση: 1. Αντιστάτης με αντίσταση R συνδέεται με ηλεκτρική πηγή, συνεχούς τάσης V και διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, έντασης I για χρονικό διάστημα t. Αν αντικαταστήσουμε την πηγή με κάποια άλλη διπλάσιας τάσης τότε: i. Η θερμότητα που θα αποδίδει ο αντιστάτης προς το περιβάλλον, στον ίδιο χρόνο, θα τετραπλασιαστεί. Η αντίσταση του αντιστάτη θα διπλασιαστεί. i Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος θα υποδιπλασιαστεί. iv. Η ηλεκτρική ισχύς που θα απορροφά ο αντιστάτης θα διπλασιαστεί. ( 5 μονάδες ) 2. Η δύναμη Laplace που δέχεται ένας ευθύγραμμος αγωγός, μήκους l, λόγω της ύπαρξης ομογενούς μαγνητικού πεδίου, όταν αυτός διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι: i. Έχει πάντοτε την κατεύθυνση των δυναμικών γραμμών. Είναι αντιστρόφως ανάλογη με την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει τον αγωγό. i Παίρνει τη μέγιστη τιμή της όταν ο αγωγός είναι κάθετος στις δυναμικές γραμμές. iv. Έχει μέτρο το οποίο υπολογίζεται από την σχέση, όπου φ η γωνία που σχηματίζει ο αγωγός με την διεύθυνση των δυναμικών γραμμών. ( 5 μονάδες ) 3. Οι δυναμικές γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου: i. Είναι πάντοτε κλειστές όπως και του μαγνητικού πεδίου. Τέμνονται όταν το ηλεκτρικό πεδίο είναι ανομοιογενές. i Είναι ευθείες, παράλληλες και ισαπέχουσες όταν το ηλεκτρικό πεδίο είναι ομογενές. iv. Απομακρύνονται από τα αρνητικά φορτία και κατευθύνονται προς τα θετικά. ( 5 μονάδες ) 4. Δύο ακίνητα σημειακά φορτισμένα σωματίδια αλληλεπιδρούν μέσω της δύναμης Coulomb. Τα σωματίδια έχουν ετερόσημα φορτία q 1 και q 2. i. Αν τότε το q 1 θα ασκεί μεγαλύτερη κατά μέτρο δύναμη Coulomb στο q 2. i iv. Αν διπλασιάσουμε την μεταξύ τους απόσταση τότε και η δύναμη Coulomb θα διπλασιαστεί. Αν τοποθετήσουμε τα φορτισμένα σωματίδια σε άλλο μέσο διατηρώντας την μεταξύ τους απόσταση σταθερή τότε η δύναμη Coulomb θα παραμείνει αμετάβλητη. Τα φορτισμένα σωματίδια έλκονται με ίσες κατά μέτρο δυνάμεις Coulomb. ( 5 μονάδες ) 1

2 5. Ένας λαμπτήρας αλογόνου ισχύος 50W που καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια: i. Aποδίδει 50J φωτεινή ενέργεια ανά δευτερόλεπτο. Aποδίδει λιγότερο από 50J φωτεινή ενέργεια ανά δευτερόλεπτο. i Mετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια μόνο σε φωτεινή ενέργεια. iv. Aποδίδει 1J φωτεινή ενέργεια ανά 50 δευτερόλεπτα. ( 5 μονάδες ) ΘΕΜΑ Β: 1. Να χαρακτηρίσετε με Σ τις προτάσεις που είναι σωστές και με Λ τις προτάσεις που είναι λανθασμένες: i. Η Wh είναι μονάδα μέτρησης ισχύος. Οι ασφάλειες που χρησιμοποιούνται για την προφύλαξη των ηλεκτρικών κυκλωμάτων συνδέονται σε σειρά με το ηλεκτρικό κύκλωμα. i Η σχέση ισχύει μόνο για τα ηλεκτρικά δίπολα τα οποία υπακούουν στο νόμο του Ohm. iv. Η σύνδεση του αμπερομέτρου στο κύκλωμα γίνεται σε σειρά, γι αυτό και πρέπει να έχει πολύ μεγάλη εσωτερική αντίσταση. v. O 1 ος κανόνας του Kirchhoff αποτελεί συνέπεια της αρχής διατήρησης της ενέργειας. ( 5 μονάδες ) 2. Για το ηλεκτρικό κύκλωμα του παρακάτω σχήματος να επιλέξετε τη μία σωστή απάντηση για την κάθε πρόταση και να δικαιολογήσετε την επιλογή σας. i. Έστω C ο, Q ο, V ο και U ο η χωρητικότητα, το φορτίο, η τάση και η ενέργεια του πυκνωτή στο διπλανό κύκλωμα. Αν διπλασιάσουμε την απόσταση μεταξύ των οπλισμών του πυκνωτή τότε για τις τελικές τιμές των μεγεθών αυτών θα ισχύει η σχέση: α. γ. Α R C Γ β. δ. (2+4 μονάδες ) Έστω R η αντίσταση του ευθύγραμμου, κυλινδρικού, ομογενούς αγωγού (ΑΓ). Αν στη θέση του αγωγού αυτού τοποθετήσουμε έναν άλλο, ίδιας θερμοκρασίας και ίδιου υλικού αλλά με διπλάσιο μήκος και τέσσερις φορές μικρότερο εμβαδόν διατομής τότε η τιμή της αντίστασής του θα είναι: (3+4 μονάδες) α. γ. β. δ. 2

3 3. Δύο παράλληλοι, ευθύγραμμοι, κατακόρυφοι αγωγοί, μεγάλου μήκους, διαρρέονται από ρεύματα I 1 και Ι 2 και βρίσκονται σε απόσταση r μεταξύ τους. Ένας κυκλικός οριζόντιος αγωγός εφάπτεται στους δύο ευθύγραμμους αγωγούς και διαρρέεται από ρεύμα I 3. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται στο κέντρο Κ του κυκλικού r Κ αγωγού έχει διεύθυνση κάθετη στο επίπεδο του κυκλικού αγωγού και φορά προς τα κάτω, όπως φαίνεται στο σχήμα. Τότε: i. Τα ρεύματα I 1 και Ι 2 στους δύο κατακόρυφους αγωγούς είναι αντίρροπα. Το ρεύμα I 3 που διαρρέει τον κυκλικό αγωγό έχει δεξιόστροφη φορά (φορά περιστροφής των δεικτών του ρολογιού), όπως τον κοιτάζουμε από πάνω. i Το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου στο σημείο Κ είναι ίσο με: iv. Το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου στο σημείο Κ είναι ίσο με: v. Οι ευθύγραμμοι αγωγοί δεν δημιουργούν καθόλου μαγνητικό πεδίο. Ποιες από τις παραπάνω προτάσεις είναι οι σωστές; Να δικαιολογήσετε τις επιλογές σας. (2+5 μονάδες) ΘΕΜΑ Γ: Δύο ακίνητα σημειακά ηλεκτρικά φορτία q 1 και q 2 βρίσκονται στα σημεία Α και Β μίας ευθείας ( ) και απέχουν μεταξύ τους απόσταση. Σ ένα σημείο Κ της ευθείας, το οποίο βρίσκεται μεταξύ των φορτίων q 1 και q 2, το μέτρο της έντασης του ηλεκτροστατικού πεδίου ισούται με μηδέν και το δυναμικό του πεδίου είναι. Το σημείο Κ απέχει απόσταση από το φορτίο q 1. Δίνεται η ηλεκτρική σταθερά i. Να βρείτε ποιο είναι το πρόσημο και η τιμή των φορτίων q 1 και q 2. ( 4 μονάδες ) Πόση είναι η τιμή της δύναμης Coulomb που ασκεί το ένα φορτίο στο άλλο;( 4 μονάδες ) i Τοποθετούμε στο σημείο Κ ένα δοκιμαστικό φορτίο. Να υπολογίσετε: Α. Τη δύναμη Coulomb που ασκείται στο δοκιμαστικό φορτίο. ( 6 μονάδες ) Β. Την ηλεκτροστατική δυναμική ενέργεια του δοκιμαστικού φορτίου q στο σημείο Κ. ( 6 μονάδες ) Γ. Το έργο της δύναμης του πεδίου κατά τη μεταφορά του δοκιμαστικού φορτίου q από τη θέση Κ στο άπειρο. ( 5 μονάδες ) 3

4 ΘΕΜΑ Δ: Στο κύκλωμα του διπλανού σχήματος οι αντιστάτες R 1 και R 2 έχουν αντίσταση 1Ω και 2Ω αντίστοιχα. Ο λαμπτήρας Λ του κυκλώματος έχει στοιχεία κανονικής R 1 R 2 λειτουργίας και. Το σωληνοειδές έχει R Σ μήκος, αποτελείται από σπείρες και η κάθε σπείρα παρουσιάζει αντίσταση. Στα άκρα του συστήματος συνδέεται ηλεκτρική πηγή V R Λ A ηλεκτρεγερτικής δύναμης και εσωτερικής αντίστασης. Όταν βραχυκυκλωθούν οι πόλοι της πηγής τότε η πηγή διαρρέεται από ρεύμα έντασης (ρεύμα βραχυκύκλωσης). Δίνεται. i. Να υπολογίσετε την ηλεκτρεγερτική δύναμη της πηγής. ( 3 μονάδες ) Να υπολογίσετε τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος. ( 3 μονάδες ) i Να βρείτε την ένδειξη του αμπερομέτρου και του βολτομέτρου. ( 5 μονάδες ) iv. Να ελέγξετε αν ο λαμπτήρας λειτουργεί κανονικά. ( 5 μονάδες ) v. Να υπολογίσετε την ισχύ που παρέχει η πηγή στο εξωτερικό κύκλωμα. ( 5 μονάδες ) vi. Πόσο θα είναι το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό του σωληνοειδούς αν μέσα σε αυτό τοποθετηθεί ράβδος από μαλακό σίδηρο, μαγνητικής διαπερατότητας μ=15000; Στο χώρο που καταλαμβάνει ο σίδηρος θα παρατηρήσουμε πύκνωση ή αραίωση των δυναμικών γραμμών; ( 4 μονάδες ) 4

5 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Α: 1. i 2. iii 3. iii 4. iv 5. ii ΘEMA B: 1. i. Λ iv. Λ Σ v. Λ i Λ 2. (i) δ Η τάση στα άκρα του πυκνωτή θα παραμείνει σταθερή,, και η χωρητικότητα θα υποδιπλασιαστεί, των οπλισμών (, επειδή η χωρητικότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση ). Συνεπώς η δυναμική ενέργεια θα γίνει: (ii) β 3. i. Λ iv. Λ Σ v. Λ i Σ Οι ευθύγραμμοι αγωγοί δημιουργούν στο σημείο Κ μαγνητικό πεδίο το οποίο έχει διεύθυνση κάθετη στο επίπεδο των αγωγών (παράλληλη στο επίπεδο του κυκλικού αγωγού). Οι εντάσεις των μαγνητικών πεδίων που δημιουργούν στο Κ πρέπει να έχουν ίσα μέτρα Β 1 =Β 2 και αντίθετες κατευθύνσεις ώστε να δίνουν συνισταμένη ίση με το μηδέν, άρα οι αγωγοί πρέπει να διαρρέονται από ομόρροπα ρεύματα. Έτσι η ένταση του μαγνητικού πεδίου στο Κ θα οφείλεται μόνο στον κυκλικό αγωγό και θα έχει μέτρο ίσο με: Για να έχει το μαγνητικό πεδίο Β Κ διεύθυνση κάθετη στο επίπεδο του κυκλικού αγωγού και φορά προς τα κάτω πρέπει ο κυκλικός αγωγός να διαρρέεται από ρεύμα με δεξιόστροφη φορά. 5

6 ΘEMA Γ: i. Για να είναι η ένταση του ηλεκτροστατικού πεδίου μηδέν στο σημείο Κ πρέπει οι εντάσεις και που δημιουργούν τα φορτία q 1 και q 2, αντίστοιχα να είναι αντίθετες, άρα τα φορτία q 1 και q 2 πρέπει να είναι ομόσημα. Το δυναμικό στο σημείο Κ του πεδίου είναι θετικό, άρα τα φορτία q 1 και q 2 είναι θετικά φορτισμένα: i (A) (B) (Γ) ΘEMA Δ: i. i 6

7 iv. Για να λειτουργεί κανονικά ο λαμπτήρας πρέπει να εφαρμόζεται στα άκρα του τάση κανονικής λειτουργίας V Λ. όπου Άρα: Παρατηρούμε ότι άρα ο λαμπτήρας δεν λειτουργεί κανονικά. v. vi. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό του σωληνοειδούς μετά την τοποθέτηση του σιδήρου θα είναι, όπου: Άρα: Στο χώρο που καταλαμβάνει ο σίδηρος θα παρατηρήσουμε πύκνωση των δυναμικών γραμμών. 7