ΛΥΚΕΙΟ ΠΟΛΕΜΙΔΙΩΝ ΣΧΟΛΙΚΗ ΧΡΟΝΙΑ ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΙΟΥ- ΙΟΥΝΙΟΥ 2014 ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΤΑΞΗΣ

Transcript

1 1 ΛΥΚΕΙΟ ΠΟΛΕΜΙΔΙΩΝ ΣΧΟΛΙΚΗ ΧΡΟΝΙΑ ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΙΟΥ- ΙΟΥΝΙΟΥ 2014 ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΤΑΞΗΣ Ημερομηνία:23/05/2014 Βαθμός : Διάρκεια: 2,5 ώρες Υπογραφή Καθηγητή : Ονοματεπώνυμο :.. Τμήμα :... Οδηγίες: 1. Το εξεταστικό δοκίμιο αποτελείται από 17 σελίδες και δύο μέρη. 2. Επιτρέπεται η χρήση μη προγραμματιζόμενης υπολογιστικής μηχανής. 3. Απαγορεύεται η χρήση διορθωτικού υγρού. 4. Δίνεται τυπολόγιο στις σελίδες 16 και 17. ΜΕΡΟΣ Α Αποτελείται από 12 ερωτήσεις. Κάθε ορθή απάντηση βαθμολογείται με 5 μονάδες σε σύνολο 100 μονάδων. Να απαντήσετε μόνο στις 10 ερωτήσεις. 1. (α) Να διατυπώσετε το δεύτερο νόμο του Νεύτωνα. ( μ.2) (β) Στο διπλανό σχήμα τα σώματα Σ 1 και Σ 2 έχουν μάζες m 1 =10kg και m 2 =5kg αντίστοιχα. Το σώμα Σ 1 βρίσκεται πάνω σε λείο οριζόντιο επίπεδο και συνδέεται με σώμα Σ 2 με νήμα που περνά από ιδανική τροχαλία. i) Να σχεδιάσετε τις δυνάμεις που ασκούνται σε κάθε σώμα. ii) Να βρείτε την επιτάχυνση του συστήματος.

2 2. (α) Να γράψετε τι είναι η τριβή ολίσθησης. 2 (β) Κάποιοι μαθητές θέλουν να προσδιορίσουν την τριβή ολίσθησης που παρουσιάζεται μεταξύ της κασετίνας κάποιου από αυτούς και του πάγκου τους στο εργαστήριο φυσικής. Περιγράψετε απλό πείραμα, αναφέροντας και τα όργανα που θα χρησιμοποιήσουν, ώστε να πετύχουν τον πιο πάνω στόχο. (μ.3) 3. Ένα κορίτσι ρίχνει από ύψος h=40m, κατακόρυφα προς τα πάνω μια μπάλα μάζας 1Kg με ταχύτητα U=10m/s. Η αντίσταση του αέρα θεωρείται αμελητέα. (α) Να εξηγήσετε τι είδους κίνηση κάνει η μπάλα, αναφέροντας τις δυνάμεις που ασκούνται σ αυτή. h= 40m (β) Να υπολογίσετε την ταχύτητα με την οποία θα κτυπήσει η μπάλα στο έδαφος.

3 3 (γ) Να σχεδιάσετε ποιοτικά το διάγραμμα της απόστασης Η της μπάλας από το έδαφος σε συνάρτηση με το χρόνο Η=f(t). 4. Στο εργαστήριο φυσικής, κάποιοι μαθητές, τοποθέτησαν ένα μικρό κύβο σε ένα οριζόντιο δίσκο και έθεσαν το δίσκο σε περιστροφή. Ο κύβος περιστρεφόταν μαζί με το δίσκο. (α) Να σχεδιάσετε τις δυνάμεις που ασκούνται στον κύβο και να τις ονομάσετε. (β) Στη συνέχεια άρχισαν να αυξάνουν σταδιακά τη γωνιακή ταχύτητα του δίσκου. Σε κάποια στιγμή ο κύβος έφυγε από το δίσκο. Να εξηγήσετε γιατί συνέβηκε αυτό. (μ.3)

4 4 5. Δυο παράλληλες μεταλλικές πλάκες έχουν φορτιστεί με αντίθετα φορτία. (α) Να σχεδιάστε τις δυναμικές γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου, που δημιουργείται μεταξύ των πλακών και να εξηγήσετε αν το πεδίο είναι ομογενές B Α (β) Στο σημείο Α τοποθετείται ένα αρνητικό φορτίο και στο Β ένα θετικό φορτίο ίσου μέτρου. (i) Να σχεδιάσετε τις δυνάμεις που ασκούνται στα δυο φορτία και να συγκρίνετε τα μέτρα τους. (ii) Να αναφέρετε σε ποιό από τα δυο σημεία το πεδίο έχει ψηλότερο δυναμικό. 6. Έχετε στη διάθεση σας ηλεκτρική πηγή, λάμπα, ρυθμιστική αντίσταση και καλώδια. V R Να σχεδιάσετε κατάλληλο κύκλωμα ώστε να ανάβει η λάμπα και να εξηγήσετε με ποιό τρόπο θα μπορούσαμε (i) Να αυξήσουμε, (ii) Να μειώσουμε,τη φωτοβολία της. (μ.5)

5 5 7. (α) Να διατυπώσετε το νόμο του Coulomb δίνοντας και την κατάλληλη μαθηματική σχέση. Να εξηγήσετε τα σύμβολα που εμφανίζονται σ αυτή. (μ.3) (β) 3cm 2cm Q1=+10nC A Q2= -4nC Στο πιο πάνω σχήμα τα φορτία βρίσκονται στο κενό. (i) Να υπολογίσετε το μέτρο της δύναμης που ασκεί το ένα στο άλλο. (ii) Να υπολογίσετε το δυναμικό στο σημείο Α 8. (α) Να γράψετε τι ονομάζουμε διάμηκες κύμα και να αναφέρετε ένα παράδειγμα. (β) Το σχήμα δείχνει στιγμιότυπο ενός τρέχοντος εγκάρσιου αρμονικού κύματος που διαδίδεται στη θετική x διεύθυνση, τη χρονική στιγμή t 0. Η ταχύτητα διάδοσης του κύματος είναι υ = 0,05 m/s. y υ 0 10 cm 12 cm x Να προσδιορίσετε (i) το μήκος κύματος περίοδο του κύματος. (ii) το πλάτος του κύματος και (iii) την (μ.3)

6 6 9. V R1 R2 R3 A V=36V Στο πιο πάνω σχήμα R1=4Ω, R2=8Ω και R3=12Ω. Να βρείτε: (α) Την ισοδύναμη αντίσταση του κυκλώματος. (β) Την ένδειξη του Αμπερομέτρου. (γ) Την ένδειξη του Βολτομέτρου. 10. Να περιγράψετε το πείραμα του Rutherford ( Geiger- Marsden ), να αναφέρετε τι παρατήρησαν στο πείραμα αυτό, σε ποιο συμπέρασμα κατέληξαν και να περιγράψετε το ατομικό μοντέλο που εισηγήθηκαν. (μ.5)

7 7 11. (α) Θέλετε να διαπιστώσετε αν ένας αγωγός είναι ωμικός, αν δηλαδή υπακούει στον κανόνα του Ohm. Να περιγράψετε πείραμα με το οποίο θα επιτύχετε τον πιο πάνω στόχο. Στη περιγραφή σας να συμπεριλάβετε σχεδιάγραμμα της πειραματικής διάταξης που θα χρησιμοποιήσετε, να ονομάσετε τα όργανα που θα περιλαμβάνει η διάταξη σας, να αναφέρετε ποιά μεγέθη θα μετράτε και πώς θα τα επεξεργαστείτε για να καταλήξετε στο συμπέρασμά σας. (μ.4) (β) Αν ο αγωγός σας είναι ωμικός, να γράψετε με ποιο τρόπο θα υπολογίσετε την αντίσταση του.

8 8 12. R 1 R 2 Α Β Στο πιο πάνω σχήμα οι δυο τροχαλίες Α και Β με ακτίνες R 1 =20 cm και R 2 = 10 cm συνδέονται με ιμάντα. Η τροχαλία Α περιστρέφεται με συχνότητα f Α =10Hz. Να βρείτε: (α) Το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας u 1 ενός σημείου της περιφέρειας της τροχαλίας Α. (β) Το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας u 2 ενός σημείου της περιφέρειας της τροχαλίας Β. (γ) Τη συχνότητα περιστροφής της τροχαλίας Β.

9 ΜΕΡΟΣ Β Αποτελείται από 6 ερωτήσεις. Κάθε ορθή απάντηση βαθμολογείται με 10 μονάδες σε σύνολο 100 μονάδων. Να απαντήσετε μόνο στις 5 ερωτήσεις. 13. (α) Να γράψετε τι είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. 9 (β) Να γράψετε τη φωτοηλεκτρική εξίσωση του Einstein και να εξηγήσετε κάθε όρο της. (γ) Ο δεύτερος πειραματικός νόμος του φωτοηλεκτρικού φαινομένου λέει: Για κάποιο μέταλλο, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο παρατηρείται μόνο αν η συχνότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας είναι μεγαλύτερη από κάποια τιμή η οποία ονομάζεται οριακή συχνότητα ανεξάρτητα από την ένταση της. Εξηγείστε γιατί η κλασική Φυσική αδυνατεί να εξηγήσει τον πιο πάνω νόμο. Πώς τον εξηγεί η σύγχρονη Φυσική; (δ) Στον πιο κάτω πίνακα δίνεται η συχνότητα με την οποία φωτίζεται ένα μέταλλο και η μέγιστη κινητική ενέργεια των φωτοηλεκτρονίων που απελευθερώνονται. Συχνότητα (Hz) 5, , , , Ε κιν.max (J) 0, , , , Να σχεδιάσετε κατάλληλη γραφική παράσταση και από αυτή να βρείτε: (i) Τη σταθερά δράσης h του Planck. (ii) Την οριακή συχνότητα του μετάλλου. (μ.4)

10 Να εξηγήσετε τους πιο κάτω όρους: (α) Διέγερση ατόμου. (β) Αποδιέγερση ατόμου. (γ) Ιονισμός ατόμου.

11 11 (δ) Στο διπλανό σχήμα φαίνονται μερικές από τις ενεργειακές στάθμες του ατόμου του υδρογόνου. Το άτομο βρίσκεται στη θεμελιώδη ενεργειακή στάθμη. Ε = 0 ev Ε 4 = -0,800eV Ε 3 = -1,50eV Ε 2 = -3,40eV i) Πόση είναι η ενέργεια ιονισμού του ατόμου του υδρογόνου; (μ. 1) Ε 1 = -13,6eV ii) Να εξηγήσετε γιατί οι ενέργειες των σταθμών έχουν αρνητικό πρόσημο iii) Ποια η σημασία της στάθμης με ενέργεια 0eV; iv) Να υπολογίσετε το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που εκπέμπεται όταν ηλεκτρόνιο μεταπηδά από τη στάθμη -1,50eV στην στάθμη -3,40eV και να αναφέρετε σε ποια περιοχή του φωτεινού φάσματος ανήκει. (μ.3) v) Τι θα συμβεί, αν το πιο πάνω αέριο βομβαρδιστεί με ηλεκτρόνια κινητικής ενέργειας 12,5 ev;

12 15. Α. Να διατυπώσετε το θεώρημα «Έργου Ενέργειας». 12 Β. F=10N Λείο δάπεδο X=0,5m Αμμοπαγίδα Επιδρούμε οριζόντια σταθερή δύναμη F=10N, στο αυτοκινητάκι του πιο πάνω σχήματος μάζας m=2kg για οριζόντια απόσταση Χ=0,5m, οπότε αποκτά ταχύτητα u και το αφήνουμε ελεύθερο. Το αυτοκινητάκι στη συνέχεια πέφτει σε αμμοπαγίδα όπου συναντά συνολική αντίσταση στη κίνηση του R=250N. (α) Να βρείτε την ταχύτητα u που αποκτά το αυτοκινητάκι μόλις το αφήσουμε. (μ.3) (β) Να υπολογίσετε την απόσταση S που θα διανύσει το αυτοκινητάκι μέσα στην αμμοπαγίδα μέχρι να σταματήσει. (μ.3) (γ) Να εισηγηθείτε δυο αλλαγές με τους οποίες το αμαξάκι θα αποκτούσε μεγαλύτερη ταχύτητα u.

13 Α. Να γράψετε τους πιο κάτω ορισμούς: (α) Ηλεκτρεγερτική δύναμη ηλεκτρικής πηγής. (β) Πολική τάση ηλεκτρικής πηγής. Β. Σε πείραμα για τον υπολογισμό της ηλεκτρεγερτικής δύναμης Ε και της εσωτερικής αντίστασης r μιας ηλεκτρικής πηγής χρησιμοποιήθηκαν τα ακόλουθα υλικά : Ηλεκτρική πηγή, αμπερόμετρο, βολτόμετρο, μια ρυθμιστική αντίσταση και καλώδια. Οι μαθητές καταχώρησαν στον πιο κάτω πίνακα τις μετρήσεις της πολικής τάσης V π σε σχέση με την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος Ι που διαρρέει το κύκλωμα. V Π (v) 1,3 1,1 0,9 0,7 0,5 I (A) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 (α) Να σχεδιάσετε το κύκλωμα που χρησιμοποιήθηκε. (β) Να σχεδιάσετε τη γραφική παράσταση V=f(I) και από αυτή να βρείτε την Η.Ε.Δ και την εσωτερική αντίσταση r της πηγής. (μ.4)

14 (α) Στο πιο πάνω κύκλωμα να υπολογίσετε τις εντάσεις των ρευμάτων I 1, I 2 και I 3. (μ. 6) (β) Αν Ι 2 = 2Α, να βρείτε: (i) Τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των σημείων Α-Δ ( V ΑΔ ) (ii) Τη θερμότητα που απελευθερώνεται στην αντίσταση R 2 σε 1 λεπτό.

15 Στο διπλανό σχήμα φαίνεται η τροχιά ενός σώματος Σ 1 που εκτελεί οριζόντια βολή. Η αντίσταση του αέρα θεωρείται αμελητέα. (α) Η οριζόντια βολή είναι μια σύνθετη κίνηση που αναλύεται σε δύο κάθετες κινήσεις μια στον άξονα Χ και μια στον άξονα Ψ. Τι κίνηση εκτελείται σε κάθε άξονα ; Να δικαιολογήσετε την απάντηση σας κάνοντας αναφορά στις δυνάμεις που δρουν στο σώμα. (β) Αν είναι γνωστά η αρχική ταχύτητα U 0 με την οποία βάλλεται το σώμα καθώς και το ύψος h, να βρείτε σχέσεις με τις οποίες θα μπορείτε να υπολογίσετε το χρόνο πτήσης του σώματος και την απόσταση ΑΕ. (μ.4) (γ) Να σχεδιάσετε τις ταχύτητες Ux, Uψ, U του σώματος στα τρία σημεία Γ, Δ και Ε της τροχιάς του. (δ) Στο ίδιο σχήμα, να σχεδιάσετε κατά προσέγγιση τη τροχιά ενός άλλου σώματος Σ 2 της ίδιας μάζας το οποίο βάλλεται επίσης οριζόντια με την ίδια αρχική ταχύτητα U 0 αλλά από το μισό ύψος h/2. (ε) Στην πραγματικότητα η αντίσταση του αέρα δεν ήταν αμελητέα. Πώς αυτό επηρεάζει την κίνηση του σώματος Σ 1 στους άξονες Χ και Ψ; Εισηγητές Συντονιστής Διευθυντής Καραϊσκάκης Ροδόλφος Καραϊσκάκης Ροδόλφος Μπαρρής Κυριάκος Κουσουλή Κωνσταντίνα Δημητρίου Σάββας

16 16 ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ, Β ΛΥΚΕΙΟΥ 1. Μηχανική Νόμος του Νεύτωνα F = ma Βάρος B = mg Νόμος του Hooke F = k Δx x = v ο t + ½ at 2 Εξισώσεις ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης v = v ο + at v 2 = v 2 ο + 2ax Κινητική ενέργεια E k = ½ mv 2 Έργο δύναμης W = Fxσυνθ Στατική τριβή και τριβή ολίσθησης Κυκλική κίνηση Ροπή δύναμης T, T ω = 2π/Τ, v = ωr, a κ = v 2 /r = ω 2 r M = F d Νόμος παγκόσμιας έλξης m1m2 F G 2 r Ένταση πεδίου βαρύτητας για πλανήτη μάζας M και M g G, r R ακτίνας R. r 2. Στατικός Ηλεκτρισμός Νόμος του Coulomb Q1Q 2 F k 2 r Ένταση ηλεκτρικού πεδίου και πεδίου Coulomb F Q Ԑ, Ԑ k 2 q r Δυναμικό σε σημείο Α V Α = -W/q Διαφορά δυναμικού V = W/q Ένταση ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου V Ԑ 3. Συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος Q I t 2, Ηλεκτρική αντίσταση κυλινδρικού αγωγού R s Αντίσταση αγωγού V R I Ηλεκτρική ενέργεια Ε = IVt Ηλεκτρική ισχύς P = Ε/t, P = IV, P = I 2 R, P = V 2 /R 4. Σύγχρονη Φυσική Φωτοηλεκτρική εξίσωση του Einstein h f = b + E κ μεγ Ενέργεια διέγερσης ή αποδιέγερσης στο άτομο του Υδρογόνου ΔE = h f Ισοδυναμία μάζας και ενέργειας E = m c 2 g F m

17 ΣΤΑΘΕΡΕΣ Επιτάχυνση της βαρύτητας κοντά στην επιφάνεια της Γης g = 9,81 ms -2 Ένταση του πεδίου βαρύτητας κοντά στην επιφάνεια της Γης. g = 9,81 Nkg -1 Παγκόσμια σταθερά βαρύτητας G = 6, Nm 2 kg -2 Μέση ακτίνα της Γης R Γης = 6, m Μάζα της Γης M Γης = 5, kg Σταθερά Coulomb k = 8, Nm 2 C -2 Ηλεκτρονιοβόλτ (ev) 1eV = 1, J Ταχύτητα του φωτός στο κενό c = 3, ms -1 Σταθερά του Planck h = 6, Js Φορτίο του ηλεκτρονίου q e = -1, C Φορτίο του πρωτονίου q p = 1, C Μάζα του ηλεκτρονίου m e = 9, kg Μάζα του πρωτονίου m p = 1, kg Μάζα του νετρονίου m n = 1, kg 17