ΦΥΣΙΚΗ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

Transcript

1 ΦΥΣΙΚΗ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΘΕΜΑ 1 ο :Σε κάθε μια από τις παρακάτω προτάσεις να βρείτε τη μια σωστή απάντηση: 1. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων μιας δυναμικής γραμμής, ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου είναι: α) ανάλογη της απόστασης των σημείων. β) ανάλογη του τετραγώνου της απόστασης των σημείων. γ) πάντα θετική. δ) πάντα αρνητική. ( 5 μονάδες ). Δύο σημειακά φορτία q και q σε απόσταση r μεταξύ τους: α) έλκονται με δυνάμεις ίσες κατά μέτρο. β) έλκονται με δυνάμεις μέτρων F και F αντίστοιχα. γ) δέχονται δυνάμεις μηδενικής συνισταμένης. δ) έλκονται με δύναμη της οποίας η τιμή θα αυξηθεί 50% αν υποδιπλασιαστεί η απόσταση r. ( 5 μονάδες ) 3. Στα άκρα μεταλλικού αγωγού σταθερής θερμοκρασίας εφαρμόζεται σταθερή τάση. Τότε: α) τα ελεύθερα ηλεκτρόνιά του κινούνται προσανατολισμένα με την ταχύτητα του φωτός. β) τα ελεύθερα ηλεκτρόνιά του παραμένουν ακίνητα. γ) ο αγωγός διαρρέεται από ρεύμα σταθερής έντασης. δ) στον αγωγό δεν αναπτύσσεται θερμότητα. ( 5 μονάδες ) 4. Δύο αντιστάτες Α και Β με R >R B που συνδέονται σε σειρά σε κύκλωμα συνεχούς ρεύματος: α) έχουν κοινή τάση στα άκρα τους. β) δαπανούν την ίδια ηλεκτρική ισχύ. γ) έχουνε συνολική αντίσταση τιμής μεγαλύτερης απ τη R Α. δ) διαρρέονται από δύο ρεύματα με εντάσεις Ι Α <I B. ( 5 μονάδες ) 5. Eνας λαμπτήρας πυρακτώσεως έχει στοιχεία κανονικής λειτουργίας 00, 100W και τροφοδοτείται από πηγή συνεχούς τάσης =300. Συνεπώς: α) ο λαμπτήρας δαπανά σε χρόνο 1min ηλεκτρική ενέργεια ίση με 100J. β) η εσωτερική αντίσταση του λαμπτήρα είναι R=400Ω. γ) ο λαμπτήρας λειτουργεί κανονικά. δ) ο λαμπτήρας διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι=Α. ( 5 μονάδες ) ΘΕΜΑ ο : Α. Να χαρακτηρίσετε κάθε μια από τις ακόλουθες προτάσεις ως σωστή ή λανθασμένη δικαιολογώντας πλήρως την απάντησή σας: α) Η χωρητικότητα ενός επίπεδου πυκνωτή κενού με σιδερένιους οπλισμούς είναι διαφορετική από τη χωρητικότητα ενός άλλου επίπεδου πυκνωτή κενού, ίδιου σχήματος και μεγέθους, με οπλισμούς από χαλκό. ( 5 μονάδες ) β) Αν διπλασιάσουμε τη θερμοκρασία ( σε C ) ενός μεταλλικού σύρματος χωρίς να μεταβάλλουμε κάποιο άλλο στοιχείο του, τότε θα διπλασιαστεί η αντίστασή του ( φαινόμενα διαστολής αμελητέα ). ( 5 μονάδες ) γ) Ηλεκτρόνιο εκτοξεύεται από σημείο Σ ενός ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου με αρχική ταχύτητα ομόρροπη με τις δυναμικές του γραμμές. Τότε, το ηλεκτρόνιο θα κινηθεί έτσι ώστε κάποια στιγμή να περάσει και πάλι από το σημείο Σ. Βαρυτικές δυνάμεις θεωρούνται αμελητέες. ( 8 μονάδες ) B. Στο παρακάτω διάγραμμα παριστάνεται γραφικά η ειδική αντίσταση σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία ( C ) για δύο μεταλλικά σύρματα Α και Β:

2 ρ θ B ρ ο 0 θ 1 θ Ποιο από τα δύο σύρματα έχει τη μικρότερη τιμή θερμικού συντελεστή αντίστασης α; Εξηγήστε αναλυτικά την απάντησή σας. ( 7 μονάδες ) ΘΕΜΑ 3 ο : Ευθύγραμμος, μεταλλικός αγωγός KΛ, μήκους L=0,5m και μάζας m=100g είναι τοποθετημένος οριζόντιος, σε επαφή με δύο λεία, κατακόρυφα, παράλληλα σύρματα, αμελητέας αντίστασης τα οποία συνδέονται με το κύκλωμα του παρακάτω σχήματος: C L K B Λ E,r R Ο πυκνωτής έχει χωρητικότητα C=10mF, η πηγή έχει ΗΕΔ Ε=0 και εσωτερική αντίσταση r=ω ενώ o αντιστάτης έχει αντίσταση R=10Ω. H αντίσταση του αγωγού ΚΛ είναι ίση με R ΚΛ =8Ω. Ο αγωγός ΚΛ ισορροπεί στην οριζόντια θέση, ενώ όλη η διάταξη βρίσκεται εντός ομογενούς μαγνητικού πεδίου, έντασης B, με τη φορά του σχήματος. Να βρεθούν: α) Το μέτρο της έντασης B του ομογενούς μαγνητικού πεδίου. ( 7 μονάδες ) β) Το φορτίο του πυκνωτή. ( 9 μονάδες ) γ) Αν αφαιρέσουμε τον αντιστάτη R από το κύκλωμα και στη θέση του τοποθετήσουμε διακόπτη τον οποίον κλείσουμε, προς τα που θα κινηθεί ο αγωγός ΚΛ και με ποια τιμή επιτάχυνσης; ( 9 μονάδες ) Δίνεται: g=10m/s. ΘΕΜΑ 4 ο : Στο κύκλωμα του σχήματος δίνεται ότι R 1 =R =R 3 =R 4 =4Ω και R 5 =R 6 =5Ω. Η ηλεκτρεγερτική δύναμη της πηγής είναι Ε=4 και εσωτερική της αντίσταση r=1ω. Να υπολογίσετε: α) την ολική αντίσταση του κυκλώματος. (7 μονάδες) β) την πολική τάση της πηγής. (4 μονάδες) γ) τη διαφορά δυναμικού ΒΚ. (8 μονάδες) δ) την ισχύ που καταναλώνεται στο εξωτερικό κύκλωμα. (3 μονάδες) ε) τη θερμότητα που αναπτύσσεται στο εσωτερικό της πηγής σε χρόνο t=1min. (3 μονάδες)

3 R R 1 R 4 B R 3 Γ R 5 R 6 Α Κ Δ E, r

4 Λύσεις των θεμάτων ΘΕΜΑ 1 ο : 1:α :α 3:γ 4:γ 5:β ΘΕΜΑ ο : Α. α) Λάθος: Η χωρητικότητα ενός επίπεδου πυκνωτή εξαρτάται από το υλικό S ανάμεσα στους οπλισμούς, το εμβαδόν κάθε οπλισμού και τη μεταξύ τους απόσταση ( C εεο ) l αλλά όχι από το υλικό κατασκευής τους. β) Λάθος: Η αντίσταση σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία δίνεται από τη σχέση R θ =R o (1+αθ). π αυτήν δεν προκύπτει σχέση ανάλογων ποσών μεταξύ R θ και θ, συνεπώς διπλασιασμός της θ δεν συνεπάγεται και διπλασιασμό της R θ. γ) Σωστή: F u o E Σ Όπως φαίνεται και στο παραπάνω σχήμα, το ηλεκτρόνιο θα δεχτεί από το ομογενές πεδίο ( σταθερή ) δύναμη F, αντίρροπη της έντασης του πεδίου ( λόγω αρνητικού φορτίου ) άρα και της αρχικής ταχύτητας εκτόξευσης. Συνεπώς, αυτό θα εκτελέσει ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση και αφού κάποια στιγμή μηδενίσει την ταχύτητά του θα αντιστρέψει τη φορά κίνησής του, οπότε θα ξαναπεράσει από το σημείο εκτόξευσής του Σ. Β. Ο νόμος της μεταβολής της ειδικής αντίστασης με τη θερμοκρασία είναι: ρ θ =ρ ο (1+αθ)=ρ ο + ρ ο αθ από τον οποίο φαίνεται ότι η κλίση της γραφικής παράστασης ρ θ =f(θ) είναι ο παράγοντας ρ ο α και επειδή παρατηρούμε ότι τα δύο σύρματα έχουν την ίδια τιμή ρ ο, προφανώς το σύρμα με τη μικρότερη κλίση ευθείας, δηλαδή το Β, θα έχει μικρότερη τιμή θερμικού συντελεστή α. ΘΕΜΑ 3 ο : α) Το κύκλωμα θα διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι, το οποίο θα διαρρέει και τον αγωγό ΚΛ, αλλά όχι και τον πυκνωτή ( ο οποίος έχει φορτιστεί σχεδόν ακαριαία και στη συνέχεια λειτουργεί ως ανοικτός διακόπτης, μη επιτρέποντας στο ρεύμα να διαρρέει τον κλάδο του ). Κατά συνέπεια, στον αγωγό θα αναπτύσσεται δύναμη Laplace, αντίρροπη του βάρους ( κανόνας δεξιού χεριού ), όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: + - C F L Κ Λ I mg B Εφαρμόζουμε τη συνθήκη ισορροπίας: E mgr L F 0 FL mg 0 FL mg BIL mg B L mg B R m 0,1kg 10 0 B s T 0 0,5m

5 β) Ο πυκνωτής θα έχει στα άκρα του διαφορά δυναμικού ίση με την πτώση τάσης στην ωμική αντίσταση του αγωγού. Αρα: 0 c R R 8 8 R 0 K γ) Η αφαίρεση του αντιστάτη θα έχει ως συνέπεια την ελάττωση της ολικής αντίστασης του κυκλώματος, άρα την αντίστοιχη αύξηση της έντασης του ρεύματος στο κύκλωμα, η οποία θα πάρει την τιμή E 0 I' R r R 10 ' o, οπότε θα διπλασιαστεί η ασκούμενη στον αγωγό δύναμη Laplace ( F L =F L =mg ), με συνέπεια ο αγωγός να επιταχύνεται προς τα επάνω, με επιτάχυνση που υπολογίζεται μέσω εφαρμογής του ου νόμου Νεύτωνα: F m F ' mg m F mg m mg mg m g 10m/ s L L ΘΕΜΑ 4 ο : R 1 R 3 R 4 R 134 R ολ Ι π I π B Γ Ι κ R 56 Δ Ι κ R 56 Α Δ E, r E, r Ι Σχήμα 3 Σχήμα 4 E, r Σχήμα α. Εύρεση ολικής αντίστασης R παράλληλη με R 3 : R 5 σε σειρά με R 6 : R R 3 RR3 4 4 R R R R6 Σχήμα R 1, R 3, R 4 σε σειρά: R R R Σχήμα R4 R 134 παράλληλη με R 56 : R134 R R R R Σχήμα β. Εύρεση πολικής τάσης Σχήμα 4: Εύρεση ρεύματος για κλειστό κύκλωμα E 4 I 4 R r 5 1

6 Εύρεση πολικής τάσης: r γ. Εύρεση διαφοράς δυναμικού BK Σχήμα 3:Ρεύμα που διαρρέει την R I R Ρεύμα που διαρρέει την R 56 0 I R Σχήμα : B I R1 4 8 Αφαιρώντας κατά μέλη: I k R K B B K 8 10 KB BK δ. Ισχύς στο εξωτερικό κύκλωμα: P I W ε. Θερμότητα στο εσωτερικό της πηγής: Q r I r t 960J Επιμέλεια θεμάτων: Κοϊνάκης Γιώργος