ΛΥΚΕΙΟ ΙΟΥ ΣΠΥΡΙΔΩΝ ΣΧΟΛΙΚΗ ΧΡΟΝΙ 2010 2011 ΡΠΤΕΣ ΠΡΟΩΙΚΕΣ ΕΞΕΤΣΕΙΣ ΜΙΟΥ ΤΞΗ: ΗΜΕΡ.: 31/05/2011 ΜΘΗΜ: ΦΥΣΙΚΗ ΚΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΔΙΡΚΕΙ: 2,5 ώρες Οδηγίες: α) Το εξεταστικό δοκίμιο αποτελείται από 2 μέρη, 8 σελίδες στο σύνολό του. β) Επιτρέπεται η χρήση μη προγραμματιζόμενης υπολογιστικής μηχανής. γ) Δεν επιτρέπεται η χρήση διορθωτικού υγρού (Tippex). δ) Όπου χρειάζεται να μεταφέρετε τα σχήματα στο φύλλο απαντήσεων. ε) Τα σχήματα και οι γραφικές παραστάσεις μπορούν να γίνουν και με μολύβι. ΜΕΡΟΣ ποτελείται από 12 ερωτήσεις. Να απαντήσετε μόνο στις 10. Κάθε ορθή απάντηση βαθμολογείται με 5 μονάδες. 1. α) Να διατυπώσετε τον κανόνα του Κίρκοφ για κόμβο και να αναφέρετε την αρχή από την οποία προκύπτει ο πιο πάνω κανόνας. β) Στο παρακάτω σχήμα δίνονται οι εντάσεις των ρευμάτων που «εισέρχονται» και «εξέρχονται» σ έναν κόμβο Κ ενός ηλεκτρικού κυκλώματος. Να σχεδιάσετε τη φορά και να υπολογίσετε τη τιμή της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος Ι 4. Ι 4 = ; Κ Ι 3 = 2 Ι 1 = 4 Ι 2 = 1 2. α) Να διατυπώσετε το νόμο του Ohm (Ωμ). β) Δίνεται η γραφική παράσταση της έντασης του ρεύματος που διαρρέει δύο κυλινδρικούς αγωγούς και, σε συνάρτηση με την τάση V (διαφορά δυναμικού) στα άκρα τους. Οι δύο αγωγοί είναι κατασκευασμένοι από το ίδιο υλικό ρ, έχουν το ίδιο μήκος l και βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. Να εξηγήσετε ποιος από τους δύο αγωγούς έχει το μεγαλύτερο εμβαδόν διατομής S. Ι() 10 4 0 20 A B V(V) 1
3. α) Να ορίσετε την ομαλή κυκλική κίνηση ενός σώματος. β) Ο τροχός του διπλανού σχήματος, περιστρέφεται σε οριζόντιο επίπεδο ομαλά κυκλικά, εκτελώντας 180 στροφές το λεπτό. Να υπολογίσετε το μετρό της γωνιακής ταχύτητας του τροχού και να σχεδιάσετε στο σχήμα τη διεύθυνση και τη φορά της γωνιακής ταχύτητας. Άξονας περιστροφής 4. α) Να διατυπώσετε το δεύτερο νόμο του Νεύτωνα (θεμελιώδης νόμος της δυναμικής). β) Μέσα σε ένα ανελκυστήρα βρίσκεται μια γυναίκα μάζας m = 60kg. Να υπολογίσετε τη δύναμη που ασκεί το δάπεδο του ανελκυστήρα στη γυναίκα, όταν ο ανελκυστήρας ανεβαίνει προς τα πάνω με σταθερή επιτάχυνση α = 4m/s 2. 5. Στο σχήμα φαίνεται ένα αβαρές στατικό αρνητικό φορτίο και στο σχήμα, δυο παράλληλες επίπεδες μεταλλικές πλάκες που είναι φορτισμένες με την ίδια ποσότητα φορτίου (η μία θετικά και η άλλη αρνητικά). q q q Σχήμα Σχήμα α) ια το κάθε σχήμα ξεχωριστά να σχεδιάσετε τις ηλεκτρικές δυναμικές γραμμές. β) Να χαρακτηρίσετε σαν ομογενές ή ανομοιογενές το ηλεκτρικό πεδίο στην κάθε περίπτωση και να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας. 2
6. α) Να διατυπώσετε το θεώρημα διατήρησης της μηχανικής ενέργειας. β) Ένας αλεξιπτωτιστής πέφτει από το αεροπλάνο και αφού ανοίξει το αλεξίπτωτο, κινούμενος για κάποιο χρονικό διάστημα με σταθερή ταχύτητα, προσγειώνεται στο έδαφος. Να εξηγήσετε αν ισχύει ή όχι το θεώρημα διατήρησης της μηχανικής ενέργειας το χρονικό διάστημα, που ο αλεξιπτωτιστής κινείται προς τα κάτω με σταθερή ταχύτητα. u u ΕΔΦΟΣ 7. Ομάδα μαθητών για να υπολογίσει το συντελεστή τριβής ολίσθησης, μεταξύ δύο τριβόμενων επιφανειών, έκανε πείραμα χρησιμοποιώντας τα υλικά που φαίνονται στο σχήμα. Οι μαθητές πήραν μετρήσεις για τη τριβή ολίσθησης Τ ολ και την κάθετη δύναμη Ν που ασκείται από το δάπεδο στο σώμα Σ (όπως φαίνεται στον πιο κάτω πίνακα). Ζυγός Σταθμά Σ F Δυναμόμετρο Ν ( Ν ) 0 1 2 3 4 5 6 Τ ολ ( Ν ) 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 α) Να περιγράψετε τη διαδικασία με την οποία οι μαθητές έχουν πάρει τις μετρήσεις τους. β) Να χαράξετε σε βαθμολογημένους άξονες τη γραφική παράσταση της τριβής ολίσθησης σε συνάρτηση με την κάθετη δύναμη Τ ολ = f ( Ν ) και να προσδιορίσετε από αυτήν το συντελεστή τριβής ολίσθησης μεταξύ του ξύλινου σώματος και του επιπέδου. 3
8. Στο πιο κάτω σχήμα φαίνονται οι τροχιές δύο σωμάτων και, τα οποία βάλλονται ταυτόχρονα από το ίδιο ύψος H πάνω από το έδαφος, με οριζόντια ταχύτητα U Ο και U Ο αντίστοιχα. H οριζόντια μετατόπιση του είναι διπλάσια της οριζόντιας μετατόπισης του ( Χ = 2Χ ). Να συγκρίνετε: H Χ Χ α) Το χρόνο πτήσης των σωμάτων και. Nα δικαιολογήσετε την απάντησή σας. (2,5μ) β) Τις αρχικές ταχύτητες U Ο και U Ο των δύο σωμάτων. Nα δικαιολογήσετε την απάντησή σας. (2,5μ) 9. α) Να αποδείξετε ότι η μέγιστη ταχύτητα u max που μπορεί ο οδηγός του σχήματος να κινείται ομαλά κυκλικά σε ακτίνα μήκους R, δίνεται από τη σχέση: umax g R (max) (όπου μ στ (max) η μέγιστη τιμή του συντελεστή στατικής τριβή). β) Όχημα κινείται σε οριζόντιο κυκλικό δρόμο ακτίνας R = 4m. Η μέγιστη τιμή του συντελεστή στατικής τριβής μεταξύ των ελαστικών και του οδοστρώματος είναι μ στ = 0,9. ν το όχημα αποκτήσει γραμμική ταχύτητα u = 7m/s να εξηγήσετε αν το αυτοκίνητο θα ξεφύγει από τη πορεία του ή όχι. R υ 4
10. Ομογενής ράβδος βάρους = 200Ν και μήκους L = 3m, είναι στερεωμένη σε άρθρωση, σε κατακόρυφο τοίχο και ισορροπεί οριζόντια με την βοήθεια νήματος Δ, όπως φαίνεται στο πιο κάτω σχήμα. Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με τη ράβδο είναι θ = 37 ο. (Δίνονται: ημ37 = 0,6 και συν37 = 0,8) Τ L = 3m Ο Δ Ι d = 2m Χ θ Ο A Σ Να υπολογίσετε: α) Το μετρό της τάσης του νήματος. β) Τη δύναμη που ασκεί η άρθρωση στην ράβδο (κατά μέτρο, διεύθυνση και φορά). 11. Στο διπλανό σχήμα, το όχημα κινείται σε οριζόντιο δρόμο προς τα δεξιά, με σταθερή επιτάχυνση μέτρου 5,7m/s 2. Το νήμα σχηματίζει γωνία φ με την κατακόρυφο (όπως φαίνεται στο διπλανό σχήμα).. α) Να εξηγήσετε γιατί το νήμα αποκλίνει. β) Να υπολογίσετε τη γωνιά φ που σχηματίζει το νήμα με τη κατακόρυφο. φ α 12. α) Ποια είναι η ικανή και αναγκαία συνθήκη ώστε ένα σώμα να εκτελεί ομαλή κυκλική κίνηση; β) Το σώμα με μάζα m (αμελητέων διαστάσεων) είναι δεμένο στο ένα άκρο αβαρούς μη εκτατού κατακόρυφου νήματος (Ο) = R = 0,5m, το άλλο άκρο του οποίου είναι στερεωμένο στο Ο. Δίνουμε στο σώμα οριζόντια ταχύτητα u A. Να υπολογίσετε το μέτρο της ταχύτητας u A, ώστε το σώμα μόλις να διαγράψει κυκλική τροχιά σε κατακόρυφο επίπεδο. u Ο u 5 u A
ΜΕΡΟΣ ποτελείται από 6 ερωτήσεις. Να απαντήσετε μόνο στις 5. Η κάθε ερώτηση βαθμολογείται με 10 μονάδες. 13. α) Να διατυπώσετε το θεώρημα έργου κινητικής ενέργειας. β) Στο πιο κάτω σχήμα φαίνεται ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 800N/m, που έχει συσπειρωθεί κατά Δx = 0,2m, από ένα σώμα μάζας m = 2kg (θέση ). Στη συνέχεια το ελατήριο αφήνεται ελεύθερο, με αποτέλεσμα, όταν το ελατήριο φτάνει στη θέση Ο (στο φυσικό μήκος του ελατηρίου), να χάνει επαφή με το σώμα. Στο σημείο, το σώμα εισέρχεται σε ένα σωρό από άχυρα και αφού διανύσει απόσταση d = 0,8m, μέσα στο σωρό, σταματά (θέση Δ). Καθ όλη τη διάρκεια της κίνησης του σώματος δεν υπάρχουν τριβές με το δάπεδο και η αντίσταση του αέρα θεωρείται αμελητέα. Δx Άχυρα Κ O u o u o Δ d i) Να υπολογίσετε τη ταχύτητα του σώματος στο σημείο Ο. ii) Nα υπολογίσετε τη δύναμη αντίστασης F, που ασκούν τα άχυρα στο σώμα, αν αυτή θεωρηθεί σταθερή. iii) Να αναφέρετε τις ενεργειακές μετατροπές που συμβαίνουν, καθ όλη τη διάρκεια της κίνησης του σώματος. 14. ια το κύκλωμα του διπλανού σχήματος να υπολογίσετε: α) Την ισοδύναμη αντίσταση. β) Την ένταση του ρεύματος που διαρρέει κάθε μία αντίσταση. γ) Την τάση (διαφορά δυναμικού) που επικρατεί στα άκρα της κάθε αντίστασης. δ) Τη θερμική ενέργεια που καταναλώνει η αντίσταση R 1, σε χρονικό διάστημα 3min. (1μ) ε) Τη διαφορά δυναμικού. (1μ) R 3 = 2Ω R 1 = 12Ω R 2 = 4Ω Ε = 24V 6
15. α) Να γράψετε τους πιο κάτω ορισμούς : i) Ηλεκτρεγερτική δύναμη ηλεκτρικής πηγής. ii) Πολική τάση ηλεκτρικής πηγής. β) Ομάδα μαθητών χρησιμοποίησε μπαταρία, αμπερόμετρο, βολτόμετρο, μεταβλητή αντίσταση και σύρματα, για να φτιάξει κύκλωμα, ώστε να μετρήσει τα χαρακτηριστικά μεγέθη της μπαταρίας (ηλεκτρεγερτική δύναμη Ε και εσωτερική αντίσταση, r εσ ). Να σχεδιάσετε τη συνδεσμολογία του κυκλώματος που χρησιμοποίησε η ομάδα των μαθητών. γ) Η ομάδα κατέγραψε τις πιο κάτω μετρήσεις. Πίνακας μετρήσεων Ένταση ρεύματος I ( A ) Πολική τάση V π ( V ) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 i) Με την βοήθεια του πίνακα μετρήσεων να χαράξετε σε βαθμολογημένους άξονες τη γραφική παράσταση V π = f ( I ). ii) Με την βοήθεια της γραφικής παράστασης V π = f ( I ), να προσδιορίσετε την ηλεκτρεγερτική δύναμη Ε και την εσωτερική αντίσταση r της πηγής. 16. Μια αθλήτρια του τένις κτυπά την μπάλα από ύψος 2,8m (σημείο ) από το έδαφος, με αρχική οριζόντια ταχύτητα u 0, έτσι ώστε μόλις να περνά το δίχτυ ύψους 1m (σημείο ). Η οριζόντια απόσταση από τα πόδια της μέχρι το δίχτυ είναι 9m. Να υπολογίσετε: u 0 2,8m 1m 9m d α) Την οριζόντια ταχύτητα u o που έχει η μπάλα στο σημείο. β) Την ταχύτητα (κατά μέτρο, διεύθυνση και φορά) της μπάλας τη στιγμή που περνά από το δίχτυ στο σημείο. (4μ) γ) Την οριζόντια απόσταση d από το δίχτυ μέχρι το σημείο που κτυπά η μπάλα στην αντίπαλη περιοχή. 7
17. Στις κορυφές και ορθογώνιου τριγώνου, που βρίσκεται στο κενό, τοποθετούνται τα αβαρή στατικά φορτία Q = 8nC και Q = 10nC αντίστοιχα, όπως φαίνεται στο διπλανό σχήμα. Η απόσταση μεταξύ των δυο φορτίων είναι = 1m και η απόσταση = 0,8m. α) Να υπολογίσετε το μέτρο της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου στο σημείο του τριγώνου, και να τη σχεδιάσετε ως προς διεύθυνση και φορά (να καθοριστεί η Ε ολ στο σχήμα). (5μ) β) Να υπολογίσετε το ηλεκτρικό δυναμικό του ηλεκτρικού πεδίου στο σημείο του τριγώνου. γ) ν στην κορυφή τοποθετηθεί αρνητικό αβαρές φορτίο να εξηγήσετε, αν η δύναμη που ασκείται από το ηλεκτρικό πεδίο παράγει ή καταναλώνει έργο κατά τη μετακίνηση του φορτιού στο άπειρο. Δίνεται 1nC = 10 9 C 0,8m Q = 8nC 1m Q = 10nC 18. Στη διάταξη του πιο κάτω σχήματος, οι μάζες των σωμάτων Σ 1 και Σ 2, είναι οι ίδιες m 1 = m 2 = 5kg. Το σύστημα των δυο σωμάτων κρατείται, ώστε να βρίσκεται σε ισορροπία. Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης για όλες τις τριβόμενες επιφάνειες είναι μ ολ = 0,1. Κάποια χρονική στιγμή αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο. α) Να προσδιορίσετε την πιθανή φορά προς την οποία θα κινηθούν τα δυο σώματα. Να δικαιολογήσετε την απάντηση σας. β) Να υπολογίσετε με ποια επιτάχυνση θα κινηθούν τα δυο σώματα. (4μ) γ) Να υπολογίσετε την τάση του νήματος. ( Δίνεται ότι ημφ = συνθ = 0,8 και ημθ = συνφ = 0,6 ) Σ 2 Σ 1 φ θ Διευθύντρια εωργιάδου Κάτια 8