מאי 2011 קרית חינוך אורט קרית ביאליק פיזיקה מבחן מתכונת בחשמל ומגנטיות לתלמידי 5 יחידות לימוד הוראות לנבחן א. משך הבחינה: שעה ושלושה רבעים (105 דקות) ב. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה חמש שאלות, ומהן עליך לענות על שלוש שאלות בלבד. השאלות שוות בערכן. ג. חומר עזר מותר בשימוש: 1. מחשבון 2. נספח נתונים ונוסחאות בפיזיקה המצורף לשאלון. ד. הוראות מיוחדות: 1. ענה על מספר שאלות כפי שהתבקשת. תשובות לשאלות נוספות לא ייבדקו (התשובות ייבדקו לפי סדר הופעתן במחברת הבחינה). 2. בפתרון שאלות שנדרש בהן חישוב, רשום את הנוסחאות שאתה משתמש בהן. כאשר אתה משתמש בסימן שאינו מופיע בדפי הנוסחאות, רשום את פירוש הסימן במילים. לפני שתבצע חישוב, הצב את הערכים המתאימים בנוסחאות. אי-רישום נוסחה או אי-ביצוע הצבה עלולים להפחית נקודות מהציון. רשום את התוצאה המתקבלת ביחידות המתאימות. 3. בפתרון שאלות שבהן נדרש להביע גודל באמצעות נתוני השאלה, יש לרשום ביטוי מתמטי הכולל את נתוני השאלה או חלקם; במידת הצורך אפשר להשתמש בקבועים בסיסיים, כגון תאוצת הנפילה החופשית. g 4. בחישוביך השתמש בערך 10 m/s 2 לתאוצת הנפילה החופשית. 5. כתוב את תשובותיך בעט. כתיבה בעפרון או מחיקה בטיפקס לא יאפשרו ערעור. מותר להשתמש בעפרון לשרטוטים בלבד. ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר ומכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. בהצלחה! אדם סטרול
שאלה 1. בתרשים שלפניך מתוארת מערכת הכוללת : מטען נקודתי Q ושני לוחות מתכתיים, (1) ו- (2), הטעונים במטענים שווי גודל ושוני סימן. V AB המרחק בין הלוחות הוא, d = 5 cm כאשר הפרש הפוטנציאלים ביניהם הוא. V = 1000V השפעת המטען Q על השדה החשמלי שבין הלוחות ניתנת להזנחה. א. - חלקיק בעל מסה m = 10-12 kg ומטען q = 1.6 10-10 C משוחרר ממנוחה בנקודה O הנמצאת באמצע המרחק שבין הלוחות. עם שחרורו, החלקיק נע לאורך הקטע OA ויוצא מבין הלוחות דרך פתח זעיר A הנקדח בלוח (2). 1. - מצא את השדה החשמלי ) E גודל וכיוון ( השורר בין הלוחות ואת הפרש הפוטנציאלים V OA שבין הנקודות O ו-. A 2. - הראה כי השפעת כוח הכובד על החלקיק זניחה יחסית לזו של הכוח החשמלי הפועל עליו בין הלוחות. 3. - חשב את המהירות v שבה החלקיק מגיע לפתח. A ב. - לאחר שחולף דרך הפתח, A החלקיק נע לאורך הקטע AB ונעצר בנקודה. B נתון : cm. AO' = 2AB = 90 1. - מהו הפרש הפוטנציאלים בין הנקודות A ו-? B 2. - מצא את סימנו ואת גודלו של המטען. Q 8 נ' תנועת החלקיק מ- O עד B נמשכת זמן. t איזה מבין ההיגדים הבאים, a-c, הינו נכון? נמק. ג. - t < 1.25 10-4 sec (c t > 1.25 10-4 sec ( b t = 1.25 10-4 sec (a
שאלה 2. לרשותו של תלמיד הציוד הבא : מקור מתח בעל כא"מ ε והתנגדותו פנימית, r נגד משתנה שהתנגדותו, R נגד קבוע, R 0 = 3Ω מכשירי מדידה אידיאליים וחוטי חיבור שהתנגדותם זניחה. על-ידי ציוד זה התלמיד מבצע, בזה אחר זה, את שני הניסויים הבאים :. I - בניסוי הראשון הוא מרכיב את המעגל החשמלי המוצג בתרשים 1 ומציב את הגררה M קודם בקצה b ולאחר מכן בקצה a של הנגד המשתנה. בהתאם לכך, הוריות הוולטמטר V 1a = 1.8V V 1 הן : ו-. בשתי V 1b = 5.4V מדידות אלו הוריות האמפרמטר הן : בהתאמה. i a, i b ו- א. - איזה מבין ההיגדים הבאים, 1-3, הינו נכון? נמק.. i a < i b.1 i a > i b. 2 i a = i b. 3 - מצא את ההתנגדות R של הנגד המשתנה ב. ג. - האם משתנה הוריית הוולטמטר V כאשר התלמיד מזיז בהדרגה את הגררה M מ- b ל- a? אם כן האם היא גדלה או קטנה? אם לא מצא את הערך של הורייה זו וציין את משמעותה.. II - בניסוי השני התלמיד משתמש באותו ציוד ) למעט הוולטמטר ( V 1 ובונה את המעגל החשמלי המוצג בתרשים. 2 כאשר הגררה M מוצבת ב- a הוריית הוולטמטר היא. V = 3.3V 2 נ' 8 נ' ד. - ה. - - ו. - ז. מהי משמעותה של הוריית הוולטמטר? מצא את ההתנגדות השקולה של נגדי המעגל ואת הוריית האמפרמטר. בהסתמך על הסעיפים ג' ו- ד' חשב את ε ואת. r חשב את הנצילות של מקור המתח? מה תוכל לומר לגבי ההספק המנוצל במעגל זה?
שאלה 3. במעגל החשמלי המתואר בתרשים שלפניך מקור המתח הוא בעל כא"מ. r=2ω אל מקור המתח מחוברים הנגדים,R 2 =0.5R, R 1 =R : R 1 -R 4 ε=3v והתנגדות פנימית. R 4 =0.5R, R 3 =0.75R מכשירי המדידה הינם אידיאליים והתנגדותם של חוטי החיבור זניחה. הוריית הוולטמטר היא. V= 2V א. 1.- מהו הזרם הזורם במקור המתח? 2. בטא, באמצעות, R את ההתנגדות הכוללת של הנגדים. R 1 -R 4 3. - חשב את התנגדותו של כל אחד מהנגדים. R 1 R- 4 ב. - חשב את הספק המקור, את ההספק המנוצל, ואת ההספק המבוזבז ואת נצילות המקור. ג. 1. - מה צריכה להיות התנגדות הנגד R 1 כדי שההספק המנוצל במעגל יהיה מקסימלי? מהי ההתנגדות של כל אחד מהנגדים 2. - כאשר התנגדות הנגד R 3 ו- R 4 במקרה זה?, R 2 R 1 -.3 כאשר התנגדות הנגד היא זו שמצאת בסעיף ג. 1., מהי הוריית האמפרמטר? R 1 היא זו שמצאת בסעיף ג. 1., מחליפים אותו בנורת להט ומסתבר כי היא מאירה באורה המלא. אם כן, מהם הרשומים ) V,P ( של נורה זו? 3 נ'
שאלה. 4 בתרשים שלפניך המלבן MNPK מייצג אזור בו שוררים שלושה שדות מגנטיים אחידים הניצבים למישור הדף, כאשר עוצמתם שווה ) B ( B 1 = B 2 = ; הקווים המקווקווים (1) ו-( 2 ) מפרידים בין האזורים של שדות אלה. כיוונו של B הוא לתוך הדף ואילו הכיוונים של B 1 ו- B 2 אינם נתונים. שני חלקיקים טעונים ) 1 ( m 1,q ו- ) 2 ( m 2,q מוכנסים בו זמנית ובאותה מהירות v לתוך האזור : PK כמתואר בתרשים. החלקיקים עוזבים את אזור השדות בכיוון מאונך ל- MNPK ) 1 ( m 1,q - דרך הנקודה P במהירות, v 1 ואילו ) 2 ( m 2,q דרך הנקודה K במהירות. v 2 ניתן להזניח את השפעת כוח הכובד על תנועת החלקיקים. א. 1. - מהו סימן מטענו של כל אחד מהחלקיקים, ) (+ או (-)? נמק. 2. - מהו הכיוון של כל אחד מהשדות B 1 ו-, B 2 לתוך הדף או מתוך הדף? נמק. 3. - איזה מבין ההיגדים הבאים, a-c, הינו נכון? נמק. v 1 >v 2 >v (a v 1 <v 2 <v (b v 1 =v 2 =v (c m 2 = 2m 1 4. - בתרשים הנתון בשאלון הבחינה, סרטט את מסלול התנועה של כל אחד מהחלקיקים עד לצאתו מאזור השדות. הסבר. - נתון כי מטעני החלקיקים, 1 q ו-, q 2 שווים בגודלם. אם כן, איזה מבין ההיגדים הבאים, d-f, הינו נכון? נמק. ב. 1. (f m 1 = 2m 2 (e m 1 =m 2 (d t 1 ) 1 ( m 1,q ו- ) 2 ( m 2,q בתוך האזור MNPK הם הזמנים של תנועת החלקיקים.2 - ו-, t 2 בהתאמה.אם כן, איזה מבין ההיגדים הבאים, g-i, הינו נכון? נמק. t 2 = 2t 1 (i t 1 =2t 2 (h t 1 =t 2 (g ג. - בניסוי אחר, רק החלקיק ) 1 ( m 1,q מוכנס לתוך האזור MNPK כמתואר בתרשים, B 1 גם שדה חשמלי אחיד. E מסתבר כי בהשפעת כאשר הפעם מופעל באזור השדה B 1 ו- E החלקיק נע לאורך הקטע GS במהירות קבועה. השדות מהו כיוון השדה החשמלי? E נמק בהיעזר בתרשים מתאים. 1. - 2. - הראה כי עוצמת השדה E נתונה בביטוי : בו t הוא הזמן של תנועת החלקיק מ- G עד ל- S.
שאלה 5 תיל מוליך ישר, XY בעל אורך ומסה m 0 L = 40 cm לא ידועה, מונח על מאזני קפיץ כמתואר בתרשים. 1 באזור הניסוי שורר שדה מגנטי אחיד B הניצב למישור הדף שכיוונו אינו מופיע בתרשים. התיל מחובר למעגל חשמלי ) מקור מתח, אמפרמטר וריאוסטט ( באמצעותו מזרימים דרכו זרם. כיוון הזרם הוא מ-. Y- ל X משנים מספר פעמים את עוצמת הזרם i בתיל ובהתאם לכך משתנה הורייתו W של המאזניים. תוצאות המדידות רשומות בטבלה שלפניך. מס' המדידה 1 2 3 4 5 i (A) 0.5 1 1.5 2 2.5 W(N) 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 א. 1.- ערוך תרשים בו יופיעו הכוחות הפועלים על התיל במהלך הניסוי. הסבר. 2.- מהו כיוון השדה המגנטי, B לתוך הדף או מתוך הדף? נמק. ב. - פתח ביטוי המבטא את W באמצעות i, B,m 0 ו- L. ג. - סרטט את הגרף המתאר את W כפונקציה של. i ד. - בהסתמך על הגרף שסרטטת ועל הביטוי שפיתחת מצא את : 1. עוצמת השדה המגנטי. B.2 מסת התיל. m 0 ה. עתה הופכים את כיוון השדה. B 1. איזה זרם ) גודל וכיוון ( יש להזרים בתיל על מנת שהוריית המאזניים תהיה שווה לאפס? נמק. 2. האם הוריית המאזניים תישאר שווה לאפס גם אם נסובב את התיל ב- 90 ) ראה תרשים 2)? אם כן הסבר מדוע. אם לא מהי הורייה זו? נמק. 8 נ' 3 נ'