ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΪΟΥ/ ΙΟΥΝΙΟΥ 2014

ΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΜΑΚΑΡΙΟΣ Γ ΣΧΟΛΙΚΗ ΧΡΟΝΙΑ: 2013 2014 ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΪΟΥ/ ΙΟΥΝΙΟΥ 2014 Κατεύθυνση: ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ Μάθημα: ΦΥΣΙΚΗ (6ωρο) Τάξη: Β Αρ. Μαθητών: 31 Κλάδοι: ΟΛΟΙ Ημερομηνία: 30/05/14 Ειδικότητες: ΟΛΕΣ Ώρα εξέτασης: 07:45-10:15 Ομάδες: ΒΘ2Φ6/1, ΒΘ2Φ6/2 Εισηγητές: Σπυρίδων Κατσούλης, Μάρκος Οικονόμου Επιτρεπόμενη διάρκεια εξέτασης 2,5 ώρες (150 λεπτά) Αριθμός σελίδων εξεταστικού δοκιμίου δεκατέσσερις (14) ΟΔΗΓΙΕΣ: 1. Το εξεταστικό δοκίμιο αποτελείται από δύο (2) μέρη (Α και Β ). 2. Να απαντήσετε σε δέκα (10) ερωτήσεις από το Μέρος Α και πέντε (5) από το Μέρος Β. 3. Όλες οι ερωτήσεις να απαντηθούν στα φύλλα απαντήσεων που σας έχουν δοθεί. 4. Το Μέρος Α αποτελείται από δώδεκα (12) ερωτήσεις. Κάθε ορθή απάντηση βαθμολογείται με πέντε (5) μονάδες. 5. Το Μέρος Β αποτελείται από έξι (6) ερωτήσεις. Κάθε ορθή απάντηση βαθμολογείται με δέκα (10) μονάδες. 6. Επιτρέπεται η χρήση μη προγραμματιζόμενης υπολογιστικής μηχανής. 7. Δεν επιτρέπεται η χρήση διορθωτικού υλικού. 8. Να γράφετε μόνο με μπλε μελάνι (τα σχήματα επιτρέπεται να γίνουν με μολύβι). 9. Επισυνάπτεται τυπολόγιο και τετραγωνισμένο χαρτί. 1

Μέρος Α : (50 μονάδες) Το Μέρος Α αποτελείται από δώδεκα(12) ερωτήσεις. Κάθε ερώτηση βαθμολογείται με πέντε(5) μονάδες. Να απαντήσετε μόνο σε δέκα (10) ερωτήσεις. 1. Στο πιο κάτω σχήμα φαίνεται ένας ποδηλάτης που κατηφορίζει με σταθερή ταχύτητα, χωρίς να κάνει πεταλιές. Το ποδήλατο και ο ποδηλάτης συμπεριφέρονται ως ένα σημειακό σώμα, Σ. Στο ελεύθερο διάγραμμα δυνάμεων φαίνεται μόνο η δύναμη του βάρους που ασκείται στο σημείο Σ. (α) Σε δικό σας ελεύθερο διάγραμμα δυνάμεων, να δείξετε και τις δυο(2) άλλες κύριες δυνάμεις που ασκούνται στο σημειακό σώμα. Σ Βάρος (β) Να εξηγήσετε ποιος νόμος του Νεύτωνα περιγράφει καλύτερα την κίνηση του σημείου Σ. 2. Ένα αεροπλάνο κινείται με ταχύτητα 40 m/s σε σταθερό ύψος h=148 m, πάνω από το έδαφος και αφήνει ένα δέμα, όπως φαίνεται πιο κάτω. h R Αγνοώντας τη δύναμη της αντίστασης του αέρα, να υπολογίσετε: (α) το χρόνο που χρειάζεται το δέμα για να φτάσει στο έδαφ ος. (β) την οριζόντια απόσταση R, που θα διανύσει το δέμα κατά την πτώση του. (5 μον.) 2

θέσης /m 3. Δίνεται η γραφική παράσταση θέσης - χρόνου ενός αυτοκινήτου μεταξύ δυο φαναριών, σε ευθεία τροχιά. 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Χρόνος, t/s (α) Να υπολογίσετε την ταχύτητα του αυτοκινήτου από το 3 ο μέχρι 6 ο δευτερόλεπτο, μετά την εκκίνηση του στα πρώτα φανάρια. (β) Να υπολογίσετε τη μέση ταχύτητα του αυτοκινήτου για όλη τη διαδρομή. 4. Η μάζα ενός σώματος είναι 70,0 kg. (α) Να υπολογίσετε το βάρος του σώματος στην επιφάνεια της Γης. (β) Να υπολογίσετε τη βαρυτική δύναμη που ασκείται στο σώμα όταν αυτό βρίσκεται σε απόσταση (από το κέντρο της Γης) τριπλάσια της ακτίνας της Γης R, όπως φαίνεται πιο κάτω. (5 μον.) R 3

5. (α) Ποιες συνθήκες πρέπει να πληρούνται για να θεωρείται ένας δορυφόρος γεωστατικός; (β) Αν η μάζα της Γης είναι 6 10 24 kg, να δείξετε ότι όλοι οι γεωστατικοί δορυφόροι θα πρέπει να βρίσκονται σε μια απόσταση 40 000 km περίπου, από το κέντρο της Γης. 6. Ένα παιδάκι σέρνει σε οριζόντιο δάπεδο, με τη βοήθεια ενός νήματος, ένα κουτί με άμμο. Η τάση του νήματος είναι 3,5 Ν σχηματίζει γωνία 30 ο με το δάπεδο και η ταχύτητα του κουτιού είναι σταθερή (βλέπε σχήμα πιο κάτω). 3,5Ν 30 ο (α) Να υπολογίσετε την οριζόντια συνιστώσα της τάσης του νήματος. (β) Να υπολογίσετε το έργο που παράγει το παιδάκι σε οριζόντια απόσταση 2 μέτρων. (γ) Αν το βάρος του κουτιού με την άμμο είναι 5 Ν, να υπολογίσετε την κάθετη αντίσταση που ασκεί το δάπεδο στο συρόμενο σώμα. 4

7. (α) Στα σχήματα που ακολουθούν φαίνεται μια διαδικασία με την οποία φορτίζουμε θετικά ένα ηλεκτροσκόπιο (φόρτιση με επαγωγή). i. Να εξηγήσετε γιατί στην εικ. 2 το ηλεκτροσκόπιο έχει απόκλιση, ενώ το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο του είναι μηδέν. ii. Να εξηγήσετε γιατί στην εικ. 5 το ηλεκτροσκόπιο μένει θετικά φορτισμένο. (β) Απωστικές δυνάμεις ασκούνται στα φορτία που φαίνονται πιο κάτω. i. Να υπολογίσετε το μέτρο της δύναμης που ασκείται στο φορτίο +Q. Δίνεται ότι: Q = 8 μc, q = 2 μc, R = 2 10-3 m και μεταξύ των δύο φορτίων μεσολαβεί κενό αέρος. ii. Να αναφέρετε ποιο φυσικό μέγεθος στο νόμο του Coulomb θα μεταβληθεί, αν τα ηλεκτρικά φορτία τοποθετηθούν σε λάδι. 5

8. Δίνεται το παρακάτω κύκλωμα στο οποίο η πηγή δεν έχει εσωτερική αντίσταση: (α) Να ονομάσετε το στοιχείο R του κυκλώματος. (β) Κλείνουμε το διακόπτη δ και μετακινούμε το δρομέα του R από το σημείο Κ προς το σημείο Λ. Να γράψετε αν η ένδειξη των δύο οργάνων θα μείνει σταθερή, θα αυξηθεί ή θα μειωθεί. (γ) Να προσδιορίσετε τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος, αν ο δρομέας φτάσει στο σημείο Λ. (δ) Να υπολογίσετε την ένδειξη του αμπερομέτρου, όταν ο δρομέας είναι στο σημείο Κ. Δίνεται ότι Vπ = 6 V και RΚΛ = 2 Ω. 9. (α) Να ονομάσετε τα φάσματα Δ, Ζ, Θ της εικόνας, όπου: Α = λάμπα ηλιακού φωτός, Β = σχισμή, Γ = πρίσμα, Ε = θερμό αέριο, Η = ψυχρό αέριο. (β) Να αναφέρετε δυο (2) τρόπους με τους οποίους το άτομο του υδρογόνου μπορεί να διεγερθεί. 6

10. Να γράψετε στα φύλλα απαντήσεών σας, την ορθή απάντηση. (α) Σύμφωνα με τη σχέση ισοδυναμίας του Einstein, οι ποσότητες που ισοδυναμούν είναι: Α. η μάζα και η ταχύτητα του φωτός Β. η μάζα και η ενέργεια Γ. η μάζα και το βάρος Δ. ο ατομικός και ο μαζικός αριθμός. (β) Η ενέργεια που απαιτείται για να διαχωρίσουμε έναν πυρήνα στα νουκλεόνια που τον αποτελούν, ονομάζεται: Α. δυναμική ενέργεια Β. έργο εξαγωγής b Γ. ατομική ή πυρηνική ενέργεια Δ. ενέργεια σύνδεσης. (γ) Ο πιο σταθερός από δύο πυρήνες Χ και Ψ είναι: Α. αυτός που έχει περισσότερα πρωτόνια Β. αυτός που έχει μεγαλύτερη ενέργεια σύνδεσης Γ. αυτός που έχει μεγαλύτερο αριθμό νουκλεονίων Δ. αυτός που έχει μεγαλύτερη ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο. (δ) Τα σωματίδια β - είναι: Α. ηλεκτρόνια Β. πρωτόνια Γ. φωτόνια Δ. πυρήνες ηλίου. (ε) Πιο διεισδυτικά είναι: Α. τα σωματίδια α Β. τα σωματίδια β - Γ. τα φωτόνια γ Δ. τα σωματίδια δ. (5 μον.) 7

V/V 11. Με την παρακάτω διάταξη, μπορούμε να μελετήσουμε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Προσοχή! Η κάθοδος είναι αρνητικά φορτισμένη. (α) Να γράψετε με ποιο τρόπο μπορεί να γίνει αντιληπτή η ύπαρξη φωτοηλεκτρονίων, στην πιο πάνω διάταξη. (β) Όταν στην κάθοδο προσπίπτει φως από ένα φανάρι δεν εξάγονται φωτοηλεκτρόνια. Να προτείνετε έναν (1) τρόπο με τον οποίο μπορούμε να προκαλέσουμε την εξαγωγή φωτοηλεκτρονίων. (γ) Να γράψετε για ποιο λόγο χρησιμοποιείται σωλήνα κενού αέρος. (δ) Ένα φωτόνιο ενέργειας 4,14 ev προσπίπτει σε ένα επιφανειακό ηλεκτρόνιο της καθόδου και αφού το απελευθερώσει, το ηλεκτρόνιο έχει κινητική ενέργεια 2,00 ev. Να υπολογίσετε το έργο εξαγωγής. 12. Μια ομάδα μαθητών προσπάθησε να προσδιορίσει την ΗΕΔ μιας μπαταρίας. Από τις μετρήσεις τους, σχεδίασαν την πιο κάτω γραφική παράσταση. 1,60 1,55 1,50 1,45 1,40 1,35 1,30 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 I/A 8

(α) Να σχεδιάσετε ένα κύκλωμα, με τη βοήθεια του οποίου θα μπορούσαν να λάβουν τις πειραματικές μετρήσεις των V και I. (β) Από τη γραφική παράσταση να προσδιορίσετε την τιμή της ΗΕΔ και της εσωτερικής αντίστασης. Μέρος Β : (50 μονάδες) Το Μέρος Β αποτελείται από έξι (6) ερωτήσεις. Κάθε ερώτηση βαθμολογείται με δέκα (10) μονάδες. Να απαντήσετε μόνο σε πέντε (5) ερωτήσεις. 1. Μια σημειακή μάζα m = 1,0 kg, αφήνεται από το σημείο Α κεκλιμένου επιπέδου. Η συνισταμένη δύναμη που ασκείται σ αυτό είναι σταθερή με ΣF = 0,40 N και με κατεύθυνση όπως φαίνεται στο σχήμα. (α) Αν η απόσταση ΑΓ είναι ίση με 20 cm, να δείξετε ότι το μέτρο της ταχύτητας της μάζας στο σημείο Γ είναι περίπου 0,4 m/s. (β) Το οριζόντιο κομμάτι ΓΔ είναι λείο και έχει μήκος 20cm. Να προσδιορίσετε την ταχύτητα της μάζας στο σημείο Δ και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. (γ) Να ονομάσετε το είδος της κίνησης μετά το σημείο Δ. (δ) Να σχεδιάσετε στο φύλλο απαντήσεών σας, ένα σύστημα αξόνων. Γι αυτό το σύστημα να γράψετε τις δυο (2) εξισώσεις κίνησης (δηλαδή τη θέση σε συνάρτηση του χρόνου) που περιγράφουν την κίνηση, μετά το σημείο Δ. 9

(ε) Αν ο χρόνος πτήσης από το σημείο Δ μέχρι το έδαφος είναι 2 s, να προσδιορίσετε την ταχύτητα (μέτρο και διεύθυνση) της μάζας, με την οποία θα χτυπήσει στο έδαφος. 2. (α) Να αναφέρετε δύο (2) κατηγορίες τεχνητών δορυφόρων, ως προς τη χρήση τους. (β) Θεωρούμε ότι η σελήνη (ως φυσικός δορυφόρος της Γης) κινείται σε κυκλική τροχιά γύρω από αυτή. Αν Μ είναι η μάζα της Γης και R η απόσταση Γης-σελήνης, να δείξετε ότι η περίοδος περιφοράς της σελήνης γύρω απ τη Γη δίνεται απ τη σχέση: (γ) Να υπολογίσετε την πιο πάνω περίοδο, δεδομένου ότι: Μ = 5,97 10 24 kg, G = 6,67 10-11 Nm 2 kg -2, R = 38,4 10 7 m. (δ) Να υπολογίσετε το μέτρο της έντασης του βαρυτικού πεδίου στην επιφάνειά της σελήνης, δεδομένου ότι η ακτίνα Σελήνης, r = 0,27 RΓης και η μάζα Σελήνης, m = 0,012 Μ. (ε) Ένας αστροναύτης αιωρείται μέσα σε δορυφόρο που περιστρέφεται γύρω από τη Γη. Να εξηγήσετε γιατί ενώ ο αστροναύτης δέχεται βαρυτική δύναμη, εξακολουθεί να αιωρείται μέσα στο δορυφόρο. 3. (α) Ένα σημειακό σώμα ρίχνεται κατακόρυφα με κατεύθυνση προς τα πάνω από το σημείο Α. Φτάνει μέχρι το σημείο Γ και επιστρέφει στο Α (η αντίσταση του αέρα είναι αμελητέα). Στη συνέχεια εισέρχεται σε νερό και από τη στιγμή εισόδου του μέχρι και τη στιγμή που φτάνει στο σημείο Ε χάνει το 80% της συνολικής του ενέργειας. Να μεταφέρετε και να συμπληρώσετε στα φύλλα απαντήσεών σας τον πιο κάτω πίνακα. Σημείο Εδυν. (J) Εκιν. (J) Εμηχ. (J) Α(άνοδος) 10 Γ Α(κάθοδος) Ε (5 μον.) 10

(β) Δύο ίδια σώματα Α και Β έχουν ίσες μάζες και αφήνονται από το ίδιο ύψος να κινηθούν. Το σώμα Α εκτελεί ελεύθερη πτώση. Το σώμα Β είναι δεμένο σε νήμα το οποίο είναι αναρτημένο από το σημείο Ο. Το σώμα Β εκτελεί κυκλική κίνηση, όπως φαίνεται πιο κάτω. Η αντίσταση του αέρα είναι αμελητέα. i. Να συγκρίνετε τα μέτρα των ταχυτήτων υα και υβ στην κατώτατη οριζόντια διεύθυνση. ii. Nα δικαιολογήσετε την απάντησή σας. iii. Να προτείνετε μια πειραματική διάταξη (υλικά, όργανα και σχήμα) με την οποία μπορούμε να μετρήσουμε τις ταχύτητες υα κα υβ. 4. (α) Στο παρακάτω κύκλωμα έχουμε μια μπαταρία και δύο ωμικούς αντιστάτες R1 και R2. Η τάση στα άκρα του R2 είναι V2. i. Να αναφέρετε μια (1) ενεργειακή μετατροπή στο κύκλωμα. ii. Να γράψετε μια (1) σχέση η οποία μας δίνει την ισχύ που καταναλώνεται στον αντιστάτη R2, σε συνάρτηση των V2 και R2. (β) Δίνεται ένας μεταλλικός αγωγός μήκους L, εμβαδού διατομής S και θερμοκρασίας θ. Η αντίστασή του είναι R. Να γράψετε πως θα μεταβληθεί η αντίσταση του αγωγού αν: i. Αυξήσουμε τη θερμοκρασία του μεταλλικού αγωγού. ii. Κόψουμε τον αγωγό στη μέση και χρησιμοποιήσουμε και τα δύο κομμάτια του συνδεδεμένα παράλληλα. iii. Χρησιμοποιήσουμε μόνο το ένα από τα δυο κομμάτια. 11

(γ) Σε πειραματική μελέτη για τον προσδιορισμό της ειδικής αντίστασης ενός αγώγιμου υλικού, μια ομάδα μαθητών προσδιόρισε την τιμή της αντίστασης R, ενός αγωγού για διαφορετικές τιμές του μήκους L, του αγωγού. i. Χρησιμοποιώντας τον πιο κάτω πίνακα αποτελεσμάτων της ομάδας, να σχεδιάσετε τη γραφική παράσταση του R σε συνάρτηση του L. R/Ω 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 L/m 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 ii. Χρησιμοποιώντας τη γραφική παράσταση που σχεδιάσατε να υπολογίσετε την ειδική αντίσταση του υλικού, αν το εμβαδό διατομής του αγωγού είναι 1,66 10-7 m 2. (5 μον.) 5. Στο πιο κάτω διάγραμμα ενεργειακών σταθμών για το άτομο του υδρογόνου, φαίνεται μια δυνατή διέγερση του ατόμου από την θεμελιώδη ενεργειακή στάθμη n = 1 στην ενεργειακή στάθμη n =3. E = 0 E 4 = -0,85 ev E 3 = -1,51 ev E 2 = -3,4 ev E 1 = -13,6 ev (α) Να υπολογίσετε το ποσό της ενέργειας που χρειάζεται για να μεταβεί το άτομο του υδρογόνου, από την κατάσταση n = 1 στην κατάσταση n= 3. Να δώσετε την τελική σας απάντηση σε μονάδες Joules. (β) Να αντιγράψετε το διάγραμμα ενεργειακών σταθμών του υδρογόνου και να δείξετε όλους τους πιθανούς τρόπους αποδιέγερσης του ατόμου με τα κατάλληλα βέλη. 12

Ε.Σ. / Ζ (MeV) (γ) Να υπολογίσετε τη συχνότητα και το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που εκπέμπεται, όταν το υδρογόνο αποδιεγείρεται από την κατάσταση n = 3 στην κατάσταση n= 1. (4 μον.) 6. (α) Να προσδιορίσετε τον αριθμό των πρωτονίων και τον αριθμό των νετρονίων που περιέχονται στον πυρήνα του ατόμου του ουρανίου,. (β) Να δείξετε ότι το έλλειμμα μάζας του πυρήνα του ουρανίου, είναι περίπου 1,915 u ή 3,208 10-27 kg, αν η μάζα του πυρήνα του ουρανίου-235 είναι 234,99346 u. (γ) Να δείξετε ότι η ενέργεια σύνδεσης (Ε.Σ.) ανά νουκλεόνιο του πιο πάνω πυρήνα είναι περίπου 7,6 MeV. (δ) Στην πιο κάτω γραφική παράσταση φαίνεται η μεταβολή της Ε.Σ. ανά νουκλεόνιο με τον ατομικό αριθμό των πυρήνων για όλα τα στοιχεία της φύσης. Να αναφέρετε ποιος πυρήνας είναι ο πιο σταθερός και να εξηγήσετε γιατί ο πυρήνας ασταθής. είναι Ε.Σ. ανα Νουκλεονιο=f(Ατoμικο Αριθμο) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 20 40 60 80 100 Α 13

(ε) Όταν ένας πυρήνας ουρανίου διασπαστεί, εκπέμπει σωματίδια. Να αναφέρετε μια (1) ιδιότητα της ακτινοβολίας. ----- Τέλος Εξεταστικού Δοκιμίου ----- Ο Συντονιστής Ο Διευθυντής Χριστάκης Ηρακλέους (Β.Δ.) Γιώργος Χατζημιχαήλ 14