שאלה 1 תרגילי חזרה במגנטיות בתוך שדה מגנטי אחיד B שרויה הצלע התחתונה (שאורכה ( L של מעגל חשמלי מלבני. המעגל החשמלי מורכב מסוללה ומסגרת מלבנית מוליכה שזורם בה זרם i. המעגל החשמלי תלוי בצד אחד של מאזניים מאוזנים ובעלי זרועות שוות כשבצידם השני משקולת W1. לאחר שהופכים את כיוון הזרם במעגל החשמלי יש לגרוע משקל W מהמאזניים כדי לאזנם שנית. בטא תשובותיך באמצעות W1 ו- W בלבד. א. ב. ג. ד. מה משקל המעגל החשמלי (סוללה + מסגרת מוליכה)? בטא את גודלו של הכוח המגנטי באמצעות W1 ו- W. מסובבים את המסגרת ב- 45 סביב הציר האנכי מהמצב הראשוני. בכמה יש לשנות את משקל הכף השמאלית כדי לאזן את המאזניים? האם צריך להוסיף משקל או לגרוע? מסובבים את המסגרת המלבנית ב- 45 נוספות ) 9 ביחס למצב ההתחלתי), איזה משקולת יש לשים כעת על המאזניים כדי לאזנם?
שאלה אלומת אלקטרונים בעלי אנרגיה קינטית E K =5eV מוחדרת לאזור שרוחבו,d=cm בו קיים שדה מגנטי אחיד. השדה ניצב למישור הדף. אלומת האלקטרונים יוצאת מהאזור בו פועל השדה המגנטי, בזוית סטייה 3 =α ביחס לכיוון כניסתה לתוך האזור הזה. (ראה תרשים). d e - אזור בו פועל שדה מגנטי B α א. מהי צורת מסלול האלקטרונים בשדה המגנטי? הסבר. ב. מהו כיוונו של השדה המגנטי? הסבר. ג. מהי עוצמת השדה המגנטי?
שאלה 3 תלמיד בנה את המתקן הבא על מנת שישמש כאמפרמטר: תיל מוליך נתלה אופקית על שני חוטים מוליכים דקיקים בין שני קטבי מגנט פרסה. אורך קטע התיל שבשדה המגנטי 1 cm ומסת התיל. gr כאשר מוזרם זרם בתיל הוא סוטה מהאנך אל תוך הפרסה בזווית α כמתואר בשרטוט: b a N α 1 cm S ב. ג. ד. על מנת להשתמש במתקן זה כאמפרמטר, מדד התלמיד את זווית ההטיה מהאנך α כתלות בזרם בתיל : 7.5 6. 4. 3. 1.5.5 I(A) 9 4 16.5 13 6.5 α(deg) בתשובותיך הנח כי השדה המגנטי על התיל B אחיד וכיוונו כלפי מטה. א. על פי השרטוט, האם הזרם בתיל זורם מ a ל b או מ b ל? a הסבר. התלמיד בנה על סמך מדידותיו גרף של tan(α) כתלות בזרם. I תוך שימוש בשרטוט הכוחות על התיל האופקי, הסבר מדוע התלמיד בחר דווקא לבנות את הגרף הזה. שרטט גרף של tan(α) כתלות בזרם I ובעזרתו מצא את עצמת השדה המגנטי B. כאשר התלמיד עשה שימוש במתקן זה כאמפרמטר הוא העביר דרכו זרם לא ידוע וזווית ההטיה שהתקבלה היתה 4. מצא על פי זווית זו את עצמת הזרם.
שאלה 4 שני חלקיקים בעלי מסה שווה ומטענים שונים נעים במהירות התחלתית אופקית וקבועה v בקטע. MA בהגיעם לנקודה A חודרים החלקיקים לאזור המחולק לשני חלקים כמתואר בתרשים. בשני החלקים שדות מגנטיים בעצמה שווה B ובניצב למישור הדף, אך איננו יודעים מה כיוונו של אף אחד מהם. המסלולים שמתקבלים עם כניסתם של החלקיקים לאזור השדה המגנטי מתוארים בתרשים. M A R r אזור א אזור ב R חלקיק א' טעון במטען שלילי. q ומטענו של חלקיק ב' הוא Q נתון : R Q > q > Q > q r < קבע איזה מבין שני המסלולים מתאר את תנועת חלקיק ב' ) q ). הסבר. (5 נק') א. ב. ג. ד. קבע את כיוון השדה המגנטי באזור א'. קבע את כיוון השדה המגנטי באזור ב'. (6 נק') q, B, R, r, נתון: v בטא באמצעות הפרמטרים הנתונים (או באמצעות חלקם) את מסות החלקיקים. (6 נק') בטא את זמן השהיה של החלקיק הנע באזור ב' בתוך תחומי האזור (התייחס לסימונים הגיאומטריים בתרשים). (5 נק')
שאלה מס' 5 כדי לחקור את הכוח הפועל על הזרם בשדה מגנטי הרכיבה תלמידה מערכת המכילה תיל מוליך המחובר בטור עם מד זרם ונגד משתנה אל מקור מתח ישר (ראה תרשים א'). חלק התיל CD הוא אופקי ונמצא בתוך שדה מגנטי אופקי הנוצר על-ידי מגנט פרסה (קוטבי המגנט מסומנים כ- x ו- y בתרשים). המגנט מונח על כף אחת של המאזניים E. על הכף השנייה F מונחת מסה M המאזנת את המגנט, כאשר לא זורם זרם בתיל. אורך קטע התיל CD הוא. L כאשר עובר זרם בתיל, יורדת כף המאזניים E כלפי מטה. אפשר לאזן ירידה זו על- ידי הוספת משקולת Δm לכף המאזניים הנגדית F. כמו כן ניתן לסובב את הכף E סביב ציר אנכי ובכך לשנות את כיוון השדה המגנטי. A תרשים א' X D Y C M E F א. מדוע יורדת כף המאזניים המכילה את המגנט, כאשר זורם זרם בתיל?CD נמק. (4 נק') ב. מהו כיוון השדה המגנטי yx) או?(xy נמק.( 4 נק') שים לב: המשך השאלה בעמוד הבא!
התלמידה ערכה סדרת מדידות, כדי לבדוק את השפעת הזווית שבין התיל לבין כיוון השדה המגנטי על המסה הדרושה, כדי לאזן את המאזניים. הזרם בכל המדידות נשמר קבוע ושווה ל- I. את התוצאות היא הציגה בגרף (תרשים ב'), המתאר את תלות תוספת המסה Δm היא הזווית בין התיל CD לבין כיוון השדה המגנטי. נתון כי. I = 5A, L = 7cm הדרושה לאיזון המאזניים ב- α.sin α Δm(gr) 3.5 3.5 1.5 1.5 Sin α.5.6.7.8.9 1. תרשים ב'.1..3.4 מהו הקשר התיאורטי בין הזווית α לבין תוספת מסה הדרושה לאיזון המאזניים? (7 נק') העתק את התרשים ב' למחברתך והעבר את הקו הנראה לך כמתאים ביותר, כאשר אתה לוקח בחשבון הן את נקודות הגרף והן את הקשר התיאורטי שמצאת בסעיף ג'. חשב על פי קו זה את שיפוע הגרף. (7 נק') מצא מתוך שיפוע הגרף את עוצמת השדה המגנטי.( 7 נק') הוסף באותה מערכת צירים את הגרף שהיה מתקבל, אם היו חוזרים על הניסוי, כאשר אורך התיל CD היה 3.5cm בלבד. הסבר. (4.33 נק')
שאלה 6 בשפופרת ריק מצוי מקור הפולט חלקיקים טעונים זהים. המקור נמצא מול חור,a קטן בלוח המתכת a. לוח מתכת שני, b מקביל ללוח ובו חור קטן בדיוק ממול לחור שבלוח a. שני הלוחות מחוברים למקור מתח. החלקיקים הטעונים,a נפלטים במהירות זניחה, חודרים דרך החור הקטן שבלוח מואצים ע"י שדה חשמלי עוברים דרך החור שבלוח b מגיעים לאזור שיש בו שדה מגנטי אחיד ופוגעים במסך פלורוסנטי. בתרשים מתואר מסלול תנועת החלקיקים. M מסך N d b מקור מתח a מקור חלקיקים טעונים א. ( 1 )האם החלקיקים טעונים במטען שלילי או חיובי? נמק. (5 נק') ( )איזה מהלוחות, a או b מחובר להדק החיובי של המקור? נמק. (5 נק'),q,V ב. בעזרת מתח המקור, מסת כל חלקיק, m, ומטענו של החלקיק, פתח ביטוי למהירות בה נכנסים החלקיקים לאזור השדה המגנטי.( 5 נק') ג. נתון: עוצמת השדה המגנטי.d=8cm; MN=cm - V=31v 1.1 1 וכאשר מתח המקור -3 T (1) חשב את רדיוס המסלול של החלקיקים בתנועתם באזור השדה המגנטי. (5.33 נק') q m חשב את היחס של החלקיק. (13 נק') ()
שאלה 7 מקור של חלקיקים טעונים בעלי מטען q ומסה m נמצא מול חור קטן בלוח a של קבל לוחות. לוחות הקבל מחוברים למקור מתח בעל מתח V. החלקיקים מואצים על ידי השדה החשמלי בין הלוחות ויוצאים מהקבל דרך חור קטן בלוח השני b, הנמצא בדיוק ממול החור הראשון (ראה תרשים). החלקיקים נעים מחוץ לקבל בשדה מגנטי אחיד שעוצמתו B וכוונו אל תוך הדף. במקביל ללוחות הקבל, במרחק Y מן הקבל, נמצא לוח פלואורסצנטי. מסלול התנועה של החלקיקים הטעונים מתואר בתרשים. א. איזה מן הלוחות, a או, b מחובר לקוטב החיובי של מקור המתח? נמק! ב. מהו המרחק?KL בטא בעזרת:.m, q, V, B, Y ג. מהו המתח המינימלי הדרוש כדי להבטיח שהחלקיקים יפגעו במסך הסבר. הפלואורסצנטי?
שאלה 8 בתמונה מתואר מכשיר למדידת הכוח הפועל על זרם חשמלי בשדה מגנטי (מאזני זרם). המכשיר מורכב ממגנט בצורת U המונח על מאזניים רגישות ומלולאה נושאת זרם. כאשר הלולאה מוכנסת לשדה המגנטי, הוריית המאזניים משתנה בהתאם לזרם בלולאה. אורך התיל האופקי שנכנס לשדה המגנטי הוא ס"מ. להלן תוצאות של הוריית המאזניים עבור זרמים שונים. (שים לב שהורייות המאזניים נתונות ביחידות גרם) I(A) M(gram) 1 9.8 1.5 15.1..5 4.9 3 3 א. הסבר מדוע הוריית המאזניים משתנה כאשר זורם זרם בלולאה. ב. מה כוון השדה המגנטי במערכת, לתוך הדף או החוצה? נמק! ג. האם פועל כוח שקול בכוון האופקי? אם כן לאיזה כוון (ימינה או שמאלה), ואם לא נמק מדוע. ד. שרטט גרף של הוריית המאזניים כתלות בזרם, ומצא לפי הגרף את עצמת השדה המגנטי ואת משקל המגנט.
שאלה 9 תלמידי פיזיקה מבצעים ניסוי במטרה למדוד את עוצמת השדה המגנטי של מגנט פרסה קבוע הנמצא ברשותם. לשם כך הם מעמידים את המגנט על מאזניים דיגיטאליים ומאפסים אותם. תיל מוליך בצורה U נתלה כך שהצלע האופקית שלו, שאורכה 5, cm נמצאת באזור השדה המגנטי האחיד של המגנט כמתואר באיור 1. תיל מוליך איור 1 מגנט פרסה כאשר הם מזרימים זרם חשמלי דרך המוליך, הוריית המאזניים שלילית. א. (1) הסבר מדוע הוריית המאזניים היא שלילית. ) 4 נק') () מה כיוונו של השדה המגנטי? נמק ) 3 נק') (3) הצע שינוי במערכת שיהפוך את הוריית המאזניים לחיובית. (3 נק') התלמידים משנים את הזרם הזורם בתיל ורושמים את הוריית המאזניים. תוצאות הניסוי רשומות בטבלה : I(A).5 1 1.5.5 3 M (gr).4.5.76.98.11.149 ב. (1) שרטט גרף של הוריית המאזניים M כתלות בזרם. I (5 נק') () בעזרת הגרף, חשב את עוצמת השדה המגנטי. (1 נק')
1 mg = W W 1 שאלה 1 א. במצב הראשון מחוון פתרון לתרגילי חזרה במגנטיות mg IBL = W1 W mg + IBL = W1 ובמצב השני mg IBL sin 45 W1.146W IBL = W ג. הכוח הפועל עתה הוא = + ב. כלומר יש לגרוע.146W 1 mg = W W 1 ד. הכוח של השדה המגנטי מתאפס ולכן יש לשים משקל של שאלה א. האלקטרונים נעים בשדה המגנטי בתנועה מעגלית. ב. השדה פועל לתוך הדף.. R=.4m רדיוס המסלול v= EK 7 = 4.19 1 m m s ג. מהירות התנועה של האלקטרונים mv 4 B= = 6 1 T qr tan שאלה 3 א. השדה כלפי מטה והכוח פועל פנימה, ולכן כוון ב. BIL tan α= mg הזרם מ b ל a..6 y =.738x +.4.5.4.3..1 1 3 4 5 6 7 8 I(A) BL.738 mg = B =.1476T ג. שיפוע הגרף tan 4 I = = 11.37A.738 ד. ומכאן
ג. שאלה 4 m v א. רדיוס המסלול נתון ע"י הנוסחא: = R ההבדל בין החלקיקים הוא במטען בלבד, לחלקיק ב יש Bq מטען קטן יותר (בערך מוחלט) ולכן רדיוס המסלול גדול יותר. כלומר חלקיק ב נמצא באזור ב ורדיוס המסלול שלו R. ב. חלקיק א שלילי ולכן השדה באזור א יוצא מהדף. חלקיק ב חיובי ולכן גם השדה באזור ב יוצא מהדף. BqR m = v ד. זמן המחזור של החלקיק שאלה ולכן זמן השהיה בשדה המגנטי π R t = v π R T = v 5 א. השדה המגנטי מפעיל על הזרם כוח כלפי מעלה, ולכן הזרם החשמלי מפעיל על המגנט כוח כלפי מטה. Δm(gr) ב. הזרם מ D ל C והכוח הפועל על התיל הוא כלפי מעלה ולכן כוון השדה המגנטי מ X ל Y. ג. גרף מתוקן 3.5 3.5 1.5 1.5.1..3.4.5.6 תרשים ב'.7.8.9 1. Sin α 3.5gr הקשר התאורטי : Δmg שיפוע הגרף הוא = IBLsin α ולכן עוצמת השדה המגנטי.B=.1T IB L = g 3.5 1 3 Kg אם התיל היה קצר יותר גם שיפוע הגרף היה קטן יותר (הקו המקווקו) שאלה 6 א. (1) לפי כוון הכוח בשדה המגנטי (הנכנס לדף) וכלל יד ימין, החלקיקים שליליים. () לוח b הוא החיובי כי החלקיקים השליליים מואצים לעברו. v = qv m ב. העבודה שמבצע המתח החשמלי qv שווה לאנרגיה הקינטית שמקבל החלקיק. ג. משיקולי גאומטריה.R=17cm q V = = 1.71 1 m R B 11 c Kg
שאלה 7 א. הכוח הפועל על החלקיקים בשדה המגנטי מופנה שמאלה, ולכן החלקיקים חיוביים (לפי כלל יד ימין). החלקיקי מואצים מהלוח החיובי לעבר השלילי, ולכן לוח a הוא החיובי. ב. בשדה החשמלי m v q V= רדיוס המסלול בשדה המגנטי הוא ולכן מהירות החלקיקים בלוח b v = qv m mv 1 mv R = = Bq B q והמרחק המבוקש KL = R R y V ybq m ג. על מנת שהחלקיקים יפגעו במסך: R y mg(n) שאלה 8 א. השדה המגנטי מפעיל כוח על הזרם החשמלי, ולפי חוק הפעולה והתגובה, הזרם מפעיל כוח על המגנט, השווה בגודלו ומנוגד בכוונו. ב. הכוח הפועל על המגנט הוא כלפי מטה (הוריית המאזניים גדלה), ולכן הכוח שהשדה המגנטי מפעיל על הזרם הוא כלפי מעלה. לפי כלל יד ימין, השדה הוא לתוך הדף. ג. השדה השקול בכוון האופקי מתאפס. ד. לפי השיפוע - A B=5T BL =.1N לפי החיתוך עם ציר Y משקל המגנט.mg=N.35.3 y =.14x + 1.9988.5..15.1.5 1 3 4 I(amp) שאלה 9 א. הורית המאזניים שלילית כי השדה המגנטי מפעיל על התיל החשמלי כוח שכוונו למטה, ולכן התיל החשמלי מפעיל על המגנט כוח כלפי מעלה. כוון הזרם הוא פנימה, הכוח על התיל הוא כלפי מטה, ןלכן כוון השדה המגנטי ימינה. על מנת להפוך את הוריית המאזניים לחיובית יש להפוך את כוון הזרם. הוריית המאזניים כתלות בזרם M(gr).16.14.1.1.8.6.4. y =.488x +.13.5 1 1.5.5 3 3. 5 I(A) ב. שיפוע הגרף: BL.488 1 3 Kg = A g B= 9.76 1 3 ולכן T