משרד החינוך הפיקוח על הוראת הפיזיקה הטכניון - מכון טכנולוגי לישראל המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים דף רכוז תשובות הוראות לנבחנים: משך הבחינה: 100 דקות. האולימפיאדה הארצית ה- 19 לפיזיקה תשס"ח - תשס"ט - שלב א' לפניך 22 שאלות, לכל שאלה תשובה אחת נכונה ביותר. עליך לסמן תשובה זאת על ידי הקפתה בעיגול בדף זה. חומר עזר מותר בשימוש: מחשבון. יש להמנע ככל האפשר ממחיקות (ניתן להשתמש בשאלון עצמו כבדף טיוטה). השאלון נשאר ברשותך. הקפד/י לרשום במדויק ובאופן ברור את פרטיך האישיים. כיתה: שם משפחה: שם פרטי: בן/ בת שם ביה"ס: דואר אלקטרוני כתובת פרטית: טלפון:. 12 א ב ג ד. 1 א ב ג ד. 13 א ב ג ד. 2 א ב ג ד. 14 א ב ג ד. 3 א ב ג ד. 15 א ב ג ד. 4 א ב ג ד. 16 א ב ג ד. 5 א ב ג ד. 17 א ב ג ד. 6 א ב ג ד. 18 א ב ג ד. 7 א ב ג ד. 19 א ב ג ד. 8 א ב ג ד. 20 א ב ג ד. 9 א ב ג ד. 21 א ב ג ד. 10 א ב ג ד. 22 א ב ג ד. 11 א ב ג ד מוסדות אקדמיים ותוכניות מצוינות של צה"ל מעונינים בפרטים אישיים של משתתפי האולימפיאדה. באם את/ה מעונין/ת במסירת פרטיך האישיים נא לסמן ולחתום. אני ת.ז ] [ מעונין/ת שפרטי האישיים יימסרו למוסדות אקדמיים. חתימה ] [ מעונין/ת שפרטי האישיים יימסרו לתוכניות מצוינות של צה"ל. חתימה
משרד החינוך הפיקוח על הוראת הפיזיקה הטכניון - מכון טכנולוגי לישראל המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים מפעל התחרויות בפיזיקה לנוער נתמך ע"י: הטכניון, מכון טכנולוגי לישראל משרד החינוך, המנהל למדע ולטכנולוגיה חברת החשמל פתרונות מנומקים ניתן למצא החל מתאריך 17.2.2008 באתר האולימפיאדה לפיזיקה: http://edu.technion.ac.il/ipho/ צוות מחברי השאלות בשלב א': יו"ר צוות המחברים וראש פרוייקט האולימפיאדה לפיזיקה, המכללה האקדמית להנדסה אורט בראודה כרמיאל, הטכניון, המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים, חיפה. - ד"ר אלי רז ביה"ס הריאלי חיפה, הטכניון, המרכז לחינוך קדם אקדמי. - מר דני גלאובך מכון ויצמן למדע רחובות. - מר אריאל אמיר ביה"ס למדע ולתרבות שבח מופת ת"א. מר איגור ליסנקר - האולימפיאדה הארצית ה- 19 לפיזיקה תשס"ז - תשס"ח - שלב א' כל הזכויות שמורות 2008 שאלה מס' 1 זורקים כדור בזריקה אנכית ומצלמים את תנועתו מרגע זריקתו ועד לחזרתו לנקודת הזריקה. את הסרטון ניתן להקרין במצב רגיל או בהיפוך זמן (הסרט מוקרן מהסוף להתחלה). באיזה מהמקרים ניתן (על סמך ניתוח הסרטון) לקבוע האם הסרט הוקרן במהופך? א. רק אם קיימת התנגדות אוויר. ב. רק אם אין התנגדות אוויר. ג. גם אם קיימת התנגדות אוויר, וגם אם לא קיימת. ד. לא ניתן לקבוע אם הסרט הוקרן במהופך, בין אם קיימת התנגדות אוויר ובין אם לא קיימת. שאלה מס' 2 עגלה נעה ימינה במהירות על משטח חסר חיכוך. בשני צידי העגלה יושבים שני צופים ו- הנעים עם העגלה ( נמצא בצד ימין). המשטח העליון של העגלה הוא בעל חתך בצורת קשת ואף הוא חסר חיכוך. כל צופה מעוניין לשלוח משקולת אל הצופה בצד השני של העגלה. המהירות המינימלית שיש להקנות למשקולת ביחס לצופה: א. קטנה יותר עבור הצופה. ב. קטנה יותר עבור הצופה. ג. שווה עבור שני הצופים. ד. אפשרויות א', ב' או ג' תתכנה, האפשרות הנכונה תלויה בערך של.
שאלה מס' 3 שלוש מזחלות עשויות מחומרים שונים. מזחלת היא הגדולה ביותר ומסתה. m מזחלת גם היא בעלת מסה m אולם גודלה קטן ממזחלת. מזחלת C זהה בגודלה למזחלת אולם מסתה שווה. 2m שלושת המזחלות נמצאות על משטח קרח בו החיכוך ניתן להזנחה וכן התנגדות האויר ניתנת להזנחה. גשם אחיד היוצר זווית של 30 עם האנך, פוגע במזחלות. ניתן להניח כי התנגשות טיפת גשם עם מזחלת היא פלסטית בקירוב. m m C 2m לאחר זמן רב : מהירותה של מזחלת היא הגדולה ביותר, ומהירות מזחלת C היא הקטנה ביותר. א. מהירותה של מזחלת היא הגדולה ביותר, ומהירויות המזחלת ו- C שוות. ב. המהירויות של ו- שוות, מהירותה של C קטנה יותר. ג. המהירויות של שלושת המזחלות שוות. ד. 4 שאלה מס' מעוניינים להקנות על מסילה אופקית ישרה, ארוכה וחסרת חיכוך נמצאת במנוחה עגלה שמסתה. m לעגלה מהירות מכסימלית בעזרת סדרת התנגשויות עם עגלות הנעות באותו כוון ואשר עשויות המסה של כל עגלה היא m אולם להתנגש עם עגלה וזו עם זו בהתנגשויות פלסטיות בלבד. 3 ולעגלה D, 2 לעגלה C מהירות המהירויות שמקנים לעגלות שונות. לעגלה מקנים מהירות. 4 מהירות באיזה סדר יש לשלוח את העגלות כדי שמהירותה הסופית של העגלה תהיה מכסימלית. קודם עגלה, לאחר מכן עגלה C, ולאחר מכן עגלה D. א. קודם עגלה D, לאחר מכן עגלה C, ולאחר מכן עגלה. ב. C, לאחר מכן עגלה, ולאחר מכן עגלה D. קודם עגלה ג. בכל המקרים המהירות הסופית תהיה זהה. ד.
5 שאלה מס' כל אחד מהמסלולים האופקיים, ו- C מורכב משני קטעים שאורך כל אחד מהם הוא, d העשויים מחומרים שונים. למסלול נכנס גוף שמסתו m במהירות ועובר אותו מימין לשמאל. למסלול נכנס גוף זהה ובאותה המהירות אולם הגוף עובר את המסלול משמאל לימין. למסלול C נכנס גוף שמסתו 2m ומהירותו והוא עובר את המסלול משמאל לימין. מקדם החיכוך הקינטי בין הגופים ובין הקטע. µ 2 µ ומקדם החיכוך הקינטי בין הגופים לבין הקטע הימני הוא = 0.4 1 = 0.2 השמאלי הוא התרשים מתאר מבט על. d d m m 2m C µ = 0.2 µ = 0. 4 מיד לאחר שהגופים עברו את המסלולים: מהירות הגוף במסלול היא הקטנה ביותר, ומהירויות הגופים במסלולים ו- C שוות. א. מהירות הגוף במסלול היא הגדולה ביותר, ומהירויות הגופים במסלולים ו- C שוות. ב. מהירות הגוף במסלול גדולה ממהירות הגוף במסלול אולם קטנה ממהירות הגוף במסלול C. ג. לשלושת הגופים מהירויות שוות בגודלן. ד. שאלה מס' 6 שתי מכוניות ו- נעות לאורך כביש ישר. הגרף בתרשים מתאר את מהירויות המכוניות כפונקציה. נוסעת אחרי מכונית מכונית t 4 של הזמן. נתון כי בפרק הזמן שבין t0 ל- איזו מבין הטענות הבאות המתייחסות לפרק הזמן בין t ל- נכונה? t 4 0 t 0 t 1 t t 2 3 t4 המרחק בין המכוניות מכסימלי ברגע t2 ומינימלי ברגעים t1 ו- t3.. t 3 המרחק בין המכוניות מינימלי ברגע t1 ומכסימלי ברגע. t 3 t 1 ומינימלי ברגע המרחק בין המכוניות מכסימלי ברגע לא ניתן לקבוע מתוך הנתונים מתי המרחק בין המכוניות מינימלי ומתי הוא מכסימלי. t א. ב. ג. ד.
7 שאלה מס' צינור נמצא במישור אנכי ומכופף בחלקו בצורת חצי מעגל. בתחתית החלק המעגלי נמצאת משקולת שמסתה. m מזרימים בצינור אוויר מחלקו התחתון וכתוצאה מכך מופעל על המשקולת כוח קבוע שגודלו 0.8mg וכוונו משיק למסלול התנועה של המשקולת. כתוצאה מכוח זה המשקולת מגיעה אל הקצה העליון של הקשת המעגלית. החיכוך בין המשקולת לדפנות הצינור ניתן להזנחה. m במהלך תנועתה חולפת המשקולת דרך שתי נקודות שווי משקל, קודם דרך נקודה ולאחר מכן דרך נקודה. איזו מבין הטענות הבאות נכונה? ו- הן נקודות שווי משקל יציב. שתי הנקודות א. ו- הן נקודות שווי משקל רופף. שתי הנקודות ב. הנקודה היא נקודת שווי משקל יציב והנקודה היא נקודת שווי ג. משקל רופף. הנקודה היא נקודת שווי משקל רופף והנקודה היא נקודת שווי משקל יציב. ד. 2m 3m 4m?U 8 שאלה מס' ביחס לרוח. מטוס טס אופקית במהירות שגודלה הרוח נושבת מערבה במהירות שגודלה U.. < 2U נתון האם ייתכן כי מהירות המטוס ביחס לקרקע תהיה שווה בגודלה ל- כן, קיים כוון אחד בו המטוס יכול לנוע. א. כן, קיימים שני כוונים בהם המטוס יכול לנוע. ב. כן, קיימים אינסוף כיוונים בהם המטוס יכול לנוע. ג. לא, הדבר לא ייתכן. ד. 9 שאלה מס' במערכת המתוארת בתרשים מסות הגלגלות ומסות החוטים ניתנות להזנחה. כמו כן החיכוך ניתן להזנחה. משחררים את המערכת ממנוחה. איזו מהטענות הבאות נכונה? 4m תרד ושתי המשקולות המשקולת שמסתה א. האחרות תעלנה. 4m תעלה ושתי המשקולות המשקולת שמסתה ב. האחרות תרדנה. המשקולת שמסתה 3m תרד ושתי המשקולות ג. האחרות תעלנה. 2m תעלה ושתי המשקולות המשקולת שמסתה ד. האחרות תרדנה.
שאלה מס' 10 עמוד תאורה בודד מאיר בלילה חשוך שני כדורים קטנים ו-. הכדורים מתנגשים ביניהם באוויר התנגשות אלסטית ורגעית. צופה ברחוב לא ראה את הכדורים, אלא רק את צלליותיהם שעל הרצפה מתנגשות ביניהן. נתייחס לצללית של כדור כאילו היא גוף גשמי עם מסה השווה למסת כדור ולצללית של כדור כאילו היא גוף גשמי עם מסה השווה למסת כדור, וכך ניתן לייחס לצלליות תנע ואנרגיה. בהתנגשות בין הצלליות: א. התנע תמיד נשמר, ייתכן כי האנרגיה לא נשמרת. ב. האנרגיה תמיד נשמרת, ייתכן כי התנע לא נשמר. ג. התנע וגם האנרגיה תמיד נשמרים. ד. יתכן כי גם התנע וגם האנרגיה לא נשמרים. שאלה מס' 11 כדור בקוטר של כחמישה מטר כוסה במספר רב של נורות קטנות וזהות (מאירות בעוצמה שווה) המפוזרות על פני שטחו באופן אחיד. כל נורה מאירה לכל הכוונים בעוצמה שווה. ממרחק של 200 מטר נראה הכדור כעיגול של אור. הנורות אינן מסתירות זו את זו. כיצד מתפלגת עוצמת האור בעיגול הנצפה? א. עוצמת ההארה במרכז היא הגדולה ביותר, והיא קטנה ככל שמתקרבים לשפת עיגול האור. ב. עוצמת ההארה במרכז היא הקטנה ביותר, והיא גדלה ככל שמתקרבים לשפה עיגול האור. ג. עוצמת האור במרכז העיגול ובשפת העיגול, חלשה יותר מעוצמת האור המגיע מחלקים אחרים של עיגול האור. ד. עוצמת האור הנצפית אחידה בכל חלקי עיגול האור. שאלה מס' 12 בחדר כושר, אדם "צועד" על משטח צעידה אופקי. המשטח עליו צועד האדם הוא מסוע (סרט נע) שחלקו העליון נע לאחור וחלקו התחתון נע קדימה. מכשיר זה נקרא "מסלול ריצה" (ראה תרשים). חלקו העליון של הסרט נע בתאוצה. a האדם צועד על המכשיר מבלי לאחוז במכשיר בידיו, כך שהוא (האדם) נשאר במקום ביחס לחדר הכושר. כוח החיכוך הממוצע שהאדם מפעיל על הסרט: א. בכוון תאוצת חלקו העליון של הסרט, ויחסי ל-. a ב. בכוון המנוגד לתאוצת חלקו העליון של הסרט, ויחסי ל-. a a ג. תלוי בגודלו וכוונו במקדם החיכוך בין נעלי האדם לסרט. ד. שווה אפס. 13 שאלה מס' קלידוסקופ מורכב מזוג מראות מישוריות שהזוית ביניהן 60. עצם נמצא בין המראות. אדם מביט בדמות של העצם. כמה החזרות האור עבר לקבלת הדמות? שתי החזרות. א. שלוש החזרות. ב. ארבע החזרות. ג. שש החזרות. ד.
שאלה מס' 14 מקור אור נקודתי מוצב לפני מסך אנכי גדול. בין המסך ומקור האור נמצאת דסקה אטומה עגולה ושחורה. מאחורי המקור נמצאת מראה מישורית עגולה שגודלה כגודל הדסקה. מישורי המראה והדסקה מקבילים למסך. מרכז המראה, מרכז הדסקה השחורה ומקור האור נמצאים על ישר אחד הניצב למסך. על המסך מבחינים בעיגול של צל מלא (מתואר בשחור) ובאזורים בעלי תאורה שונה. I מציין תאורה חלקית ו- II מציין תאורה מלאה. איזה מבין התרשימים הבאים מייצג בצורה הטובה ביותר את אזורי התאורה על המסך? מראה מישורית מקור אור דסקה שחורה מסך ב II I א I II ד I II I ג II I II
שאלה מס' 15 נתונות שתי מסילות דקות הנמצאות במישור אנכי. למסילה יש מכסימום מקומי ואילו למסילה שיפוע מתון ארוך בחלק התחתון ובהמשכו שיפוע תלול. חרוז מושחל על כל אחת מהמסילות ויכול להחליק ללא חיכוך. מקנים לכל חרוז מהירות התחלתית כאשר הוא נמצא בתחתית המסילה. החרוז מחליק לאורך המסילה וחוזר לנקודת הזריקה. תלמיד טען: "ככל שהמהירות ההתחלתית גדולה יותר הזמן הדרוש לחזור לנקודת המוצא ארוך יותר". טענתו של התלמיד: מסילה מסילה g א. ב. ג. ד. נכונה למסילה ולא נכונה למסילה. נכונה למסילה ולא נכונה למסילה. נכונה למסילה וגם נכונה למסילה. לא נכונה למסילה ולא נכונה למסילה. שאלה מס' 16 גולש סקי מחליק במורד מדרון. הגולש יודע כי בקטע קצר לאורך המסלול עליו להאט את מהירותו. ניתן להזניח את התנגדות האויר. איזו מבין הפעולות הבאות תאט את הגולש בקטע הקצר? א. לפני ההגעה לקטע, על הגולש להוריד את מרכז המסה שלו, ולשמור על הגוף נמוך במהלך התנועה בקטע. ב. לפני ההגעה לקטע, על הגולש להעלות את מרכז המסה שלו, ולשמור על הגוף גבוה במהלך התנועה בקטע. ג. לפני ההגעה לקטע, על הגולש להוריד את מרכז המסה שלו, ובמהלך התנועה בקטע להעלות את מרכז המסה. ד. לפני ההגעה לקטע, על הגולש להעלות את מרכז המסה שלו, ובמהלך התנועה בקטע להוריד את מרכז המסה.
שאלה מס' 17 שחיין שמהירותו ביחס למים היא, u יוצא מהנקודה שעל הגדה הדרומית של נהר במטרה להגיע אל הנקודה הנמצאת מול על הגדה הצפונית. הנהר זורם מזרחה במהירות קבועה. במקרה I שוחה השחיין כך שמהירותו ביחס למים מכוונת צפונה, וכתוצאה מכך הוא נע (ביחס לארץ) לאורך המסלול. C במקרה,II לאחר שהפיק לקחים, מכוון השחיין את מהירותו ביחס למים כך שהוא נע (ביחס לארץ) לאורך המסלול. כשהשחיין שוחה במים עומדים (בריכה) במהירות קבועה u, הוא מתעייף יותר ככל שהוא שוחה מרחק גדול יותר. גדה צפונית C גדה צפונית C גדה דרומית מקרה II גדה דרומית מקרה I איזו מבין הטענות הבאות נכונה? השחיין יתעייף יותר במקרה. I א. השחיין יתעייף יותר במקרה. II ב. השחיין יתעייף באותה מידה במקרה I ובמקרה. II ג. ב' או ג' תיתכן. התשובה הנכונה תלויה ברוחב הנהר. כל אחת מהתשובות א', ד. 18 שאלה מס' בזמן טיסה, מפעיל האוויר על הכנפיים של מטוס נוסעים כוח המכוון בניצב לכנפיים. כוח זה הוא כוח "עילוי" המאפשר למטוס להשאר באוויר. בנוסף לכוח ה"עילוי" האוויר מפעיל על המטוס כוח "גרר" כוח העילוי גדל כאשר מהירות המטוס ביחס לאויר גדלה. בטיסה מסוימת מטוס המנוגד לכוון הטיסה. 1. במקרה אחר המטוס טס באותו גובה, במהירות טס לאורך מסלול אופקי וישר במהירות קבועה, 2 לאורך מסלול מעגלי שרדיוסו, R כאשר כנפיו מוטות. שגודלה איזו מהטענות הבאות נכונה? 2 > 1 א. 2 < 1 ב. 2 = 1 ג. אפשרויות א', ב' או ג' תתכנה, האפשרות המתאימה תלויה ברדיוס המסלול. R ד.
0 0.5 1 שאלה מס' 19 שולחים אלומת אור צרה ממקור אור לייזר לעבר מנסרה העשויה מחומר שקוף, שצורתה מתוארת בתרשים. מזיזים את מקור הלייזר לאורך ציר מבלי לשנות את כוונו ובודקים את הזוית α (הזוית בין כוון האלומה המקורית לכוון האלומה היוצאת) כפונקציה של המשתנה. נתון כי בניסוי לא מתרחשת החזרה גמורה. α איזה מבין התרשימים הבאים מתאר באופן הטוב ביותר את התלות של α ב-? α α א ב 0 0.5 0 0.5 α α ג ד 0 0.5 0 0.5
20 שאלה מס' נתאר שלושה מקרים של התנגשות פלסטית קצרה בהם משתתפת מכונית נוסעים : הנוסעת במהירות מכונית נוסעת במהירות 40 קמ"ש ומתנגשת במכונית זהה - מקרה I 40 קמ"ש ובכוון המנוגד. 80 קמ"ש ומתנגשת במכונית זהה הנמצאת במנוחה. מקרה - II מכונית נוסעת במהירות מקרה - III מכונית נוסעת במהירות 80 קמ"ש ומתנגשת בקיר. כמדד לנזק הנגרם למכונית נתייחס למתקף שהפעיל עליה במהלך ההתנגשות הגוף בו התנגשה. איזו מהטענות הבאות המתייחסות לנזק שנגרם למכונית נכונה? במקרה III נגרם הנזק הגדול ביותר, במקרים I ו- II הנזק שווה. א. I ו- III הנזק שווה. במקרה II נגרם הנזק הגדול ביותר, במקרים ב. II ו- III הנזק שווה. במקרה I נגרם הנזק הקטן ביותר, במקרים ג. בשלושת המקרים נגרם נזק שווה למכונית. ד. 21 שאלה מס' כדור שמסתו m מונח על רצפה אופקית חלקה. הכדור קשור בעזרת חוט ישר (וארוך ביחס לקוטר הכדור) אל קיר החדר. ניתן לירות בכדור קליעים שונים הפוגעים בו במהירות אופקית המאונכת לחוט. הקליעים חודרים אל תוך הכדור ונותרים תקועים בתוכו. משך חדירת כל קליע לכדור קצר מאוד. ניתן לירות שלושה סוגי קליעים:. M ומהירות פגיעה קליע בעל מסה סוג I. 2 2M ומהירות פגיעה סוג II קליע בעל מסה. 2 M ומהירות פגיעה 2 סוג III קליע בעל מסה קליע לאיזה מבין הקליעים הסיכוי הגבוה ביותר לקרוע את החוט כתוצאה מהירי? א. ב. ג. ד. לקליע מסוג I. לקליע מסוג.II לקליע מסוג.III לשלושת סוגי הקליעים סיכוי שווה לקרוע את החוט.
P(t) שאלה מס' 22 גוף יכול לנוע לאורך ציר. בזמן = 0 t הגוף נמצא בראשית הצירים. הגרף בתרשים מתאר את התנע P(t) של הגוף כפונקציה של הזמן. איזה מבין התרשימים הבאים מתאר באופן הטוב ביותר t את האנרגיה הקינטית של הגוף כפונקציה של מיקומו? () E k () E k א ב () E k ד () E k ג ב ה צ ל ח ה פתרונות מנומקים ניתן למצא החל מתאריך 17.2.2008 באתר האולימפיאדה לפיזיקה: http://edu.technion.ac.il/ipho/