«Απαντήσεις Φυσικής ενικής Παιδείας Β υκείου» ΘΕΜΑ 1 Ο 1) β ) δ ) α 4) γ 5) γ 6) α. β. γ. δ. ε. ΘΕΜΑ Ο Α. Με το πάτηµα του διακόπτη δηµιουργείται ακαριαία ηλεκτρικό πεδίο στο εσωτερικό των αγωγών το οποίο ασκεί δύναµη στα ελεύθερα ηλεκτρόνια τους τα οποία κινούνται. (Το πεδίο ασκεί δύναµη και στα ιόντα του πλέγµατος τα οποία όµως απλά ταλαντώνονται γύρω από τη θέση ισορροπίας τους) Η ηλεκτρική πηγή παρέχει την ηλεκτρική ενέργεια για τη δηµιουργία του πεδίου ενώ τα ηλεκτρόνια που κινούνται προσανατολισµένα κατά µήκος των αγωγών προέρχονται από το σµήνος των ελεύθερων ηλεκτρονίων που βρίσκονται σε όλο το µήκος των αγώγιµων δρόµων του ηλεκτρικού κυκλώµατος. Έτσι µε το πάτηµα του διακόπτη κινούνται τα ηλεκτρόνια στο εσωτερικό του σύρµατος πυρακτώσεως προκαλώντας το να φωτοβολεί. S C ε ο l 1 Β. Α ρχικά : U Q V V E l
«Απαντήσεις Φυσικής ενικής Παιδείας Β υκείου» l' l Q' Q εφόσον αποσυνέδεσα την πηγή S S C ' ε εο 4 εο C' C l' l Q' Q 1 Τελικά : V ' V' V C ' C 1 V V ' ' E E E' l' l 4 1 1 1 1 U' Q' V ' Q V U' U. Έστω R και R η αντίσταση του λαµπτήρα και του αγωγού ΑΒ αντίστοιχα. ύµφωνα µε τον τύπο RR o (1+α θ) µε α>0 θερµαίνοντας τον αγωγό η αντίστασή του αυξάνεται. υνεπώς: 1 ο κύκλωµα: Εφόσον I Ι ΑΒ Ι Rολ RΑΒ + R V R + R σύνδεση σε σειρά και Vσταθ. µε τη θέρµανση του αγωγού ελαττώνεται η ένταση του ρεύµατος που διαρρέει το λαµπτήρα, συνεπώς η φωτοβολία του ελαττώνεται. ο κύκλωµα: λαµπτήρας: V I V V R πηγ ής πηγ ής συνεπώς εφόσον η τάση της πηγής καθώς και η αντίσταση του λαµπτήρα είναι σταθερές η φωτοβολία του λαµπτήρα δεν επηρεάζεται. χόλιο: Το παραπάνω συµπέρασµα είναι ο λόγος για τον οποίο οι ηλεκτρικές συσκευές στα οικιακά ηλεκτρικά δίκτυα είναι πάντοτε παράλληλα συνδεδεµένες, έτσι ώστε να µην επηρεάζουν η µια τη λειτουργία της άλλης.. Εφόσον το πεδίο είναι οµογενές και τα σηµεία Α, Μ και Β ανήκουν στην ίδια δυναµική γραµµή για την ένταση Ε του πεδίου ισχύει: V Ε V ( 10 VAM VA VB VA V M ) VM και AM AM AM V AM Ε AM
«Απαντήσεις Φυσικής ενικής Παιδείας Β υκείου» 4 AM V M () 1 Όµως (ΑΒ) (ΑΜ) + (ΜΒ) > (ΑΒ) (ΑΜ) + (ΑΜ) > (ΑΒ) (ΑΜ) > (ΑΜ) (ΑΒ)/ ( ) 4 1, ()( ) VM 18 Volt VM ( V ) 4 4 96 V M M ΘΕΜΑ ο Περνάω σε διαδοχικά ισοδύναµα κυκλώµατα έως ότου οδηγηθώ στο τελικό ισοδύναµο: ~> ~>
«Απαντήσεις Φυσικής ενικής Παιδείας Β υκείου» Όπου: R1 R1 + R 6 Ω, R R 6 1 R1 Ω R1 + R 6+ R R 46 4 5 R45 Ω R4 + R5 4+ 6, 4 και R R1 + R45 +,4 4,4 Ω. ολ 1ο ισοδύναµο: 1 1, Ν. Ohm( R ): V I R 6 1 V Όµως V V 1 V, συνεπώς: V 1 Ν. Ohm( R): I 4 R A Κόµβος Β: 1 ος Κ. Kirchhoff: I I + 1 I ολ + 4 6 A ο ισοδύναµο: Ι ολ Ι 45 6 Α, άρα: Ν. Ohm( R ): V I R 6,4 14,4 V 45 45 45 υνεπώς: V V + V 1 + 14,4 6,4 V. πηγ ής ΑΒ 1ο ισοδύναµο: V V 4 V 5 14,4 V άρα: V 14, 4. Ohm( R ): I,6 A Ν 4 4 και: R4 4 Κόµβος : 1 ος Κ. Kirchhoff: I5 I I4 6,6,4 A ολ
«Απαντήσεις Φυσικής ενικής Παιδείας Β υκείου» ΘΕΜΑ 4 Ο α) Χωρίζω τον φορέα των φορτίων Q Β, Q σε περιοχές όπως φαίνεται στο σχήµα. Εφόσον τα Q Β, Q ετερόσηµα το σηµείο στο οποίο µηδενίζει η ένταση του πεδίου δε µπορεί να βρίσκεται στην περιοχή διότι EΒ E. Ακόµα εφόσον Q > Q B το δε µπορεί να βρίσκεται στην περιοχή διότι εκεί E > EB. Έστω λοιπόν το ζητούµενο σηµείο στην περιοχή 1 αριστερά του Q Β. E και E Β k k r ( r + α ) Q B r Eολ 0 EΒ E k Q + ( r α ) QΒ r 4 10 Q r+ α r 4 r ± r+ α 9 r+ α + ή 9 10 Q B r k Q ( r + α ) r 4 r + α 9 r, α > 0 απορρίπτεται διότι ( αποστ άσεις )
«Απαντήσεις Φυσικής ενικής Παιδείας Β υκείου» r r r r α r 4 cm r 8 cm r +α + Άρα: ( α) β) Από το πυθαγόρειο θεώρηµα στο ΑΒ έχω: ( ) ( ) 4 β α + γ β α + γ 4 10 + 10 5 10 β Άρα: 510 m Q B QΒ 9 410 5 VΑ k 9 10 + 1 10 V γ 10 και 9 910 5 VΑ k 910 16,10 V β 510 5 5 5 V V Β Α Α + VΑ 1 10 16, 10 4, 10 V γ) ια να υπολογίσω το έργο της δύναµης του πεδίου από την κορυφή Α στο σηµείο µηδενισµού της έντασης θα χρειαστεί να υπολογίσω πρώτα το δυναµικό στο : Q B QΒ 9 410 5 V k 910 + 4,510 V r 810 και 9 910 5 V k 910,7510 V r + α ( 4+ 8) 10 5 5 5 V V Β + V 4,5 10,75 10,5 10 V Άρα: W V V 5 5 ( ) 10 4, 10 (, 5 10 ) Α Α W + Α 195 mj
«Απαντήσεις Φυσικής ενικής Παιδείας Β υκείου» χόλιο: Εφόσον το έργο είναι θετικό αυτό σηµαίνει πως η πεδιακή δύναµη κατευθύνει το σωµατίδιο από το Α στο χωρίς να χρειάζεται να καταναλώσω ενέργεια για τη µεταφορά του. δ) ια να υπολογίσω την ταχύτητα µε την οποία το σωµατίδιο φτάνει στο σηµείο θα χρησιµοποιήσω το Θεώρηµα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας: 0 1 Α Α F υ ΘΜΚΕ.... : K K W m W Α 1 90 10 4 9 10 υ 195 10 υ υ 10 9 10 υ 100 m s ε) ια να υπολογίσω το έργο της εξωτερικής δύναµης θα χρησιµοποιήσω πάλι το Θεώρηµα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας, θέτοντας όµως σαν συνθήκη το µηδενισµό της ταχύτητας του σωµατιδίου (άρα και της κινητικής του ενέργειας) στο σηµείο. 0 ΘΜΚΕ.... Α : K K Α WF 0 WΑ + WF εξ W W 195 mj F εξ Α Άρα χρειάζεται να καταναλώσω 195 mj ενέργεια µέσω του έργου εξωτερικής δύναµης για να φτάσει το σωµατίδιο µε µηδενική ταχύτητα στο.