Fin011013

מכינת רענון והשלמה בפיסיקה

מבחן סוף מועד ב' בפיסיקה 1.10.13

עם המרצים: איציק סימן-טוב ופרידה הולצמן

משך הבחינה : 210 דקות

חומר עזר מותר: מחשבון, דף נוסחאות מצורף לשאלון

הוראות לנבחן:

* בשאלון זה 3 פרקים:

פרק ראשון- מכניקה: עליך לענות על 3 מתוך השאלות 1 – 4 (כל שאלה 17 נק').

פרק שני – חשמל: עליך לענות על 2 מתוך השאלות 5 – 7 (כל שאלה 17 נק').

פרק שלישי – אופטיקה גיאומטרית – עליך לענות על שאלה אחת מתוך השאלות 8 – 9 (15 נק').

* ערוך גרפים ותרשימים בעזרת סרגל, אפשר בעפרון

תאוצת הנפילה החופשית על פני כדור הארץ g = 10 m/s²

* רשום על הכריכה החיצונית של המחברת את מספרי השאלות עליהן ענית

ב ה צ ל ח ה !!!

חלק המכניקה: עליך להשיב על 3 שאלות מתוך שאלות 1 – 4.

1. עגלה A, שמסתה m_A, מונחת בתחתית מדרון שזווית שיפועו α. מקדם החיכוך הקינטי והסטטי בין העגלה למדרון הוא m. חוט הקשור לעגלה עובר דרך גלגלת אידיאלית הנמצאת בראש המדרון, כך שהחוט מקביל למדרון. החוט מחובר למשקולת B, בעלת מסה m_B, התלויה ללא מגע עם המדרון (ראה שרטוט). משחררים את המערכת ממנוחה.

נתונים: m = 0.25 , m_A = 2 kg , m_B = 2 kg , sin(α) = 0.6

א. חשב את גודל ואת כיוון תאוצת העגלה A עם שחרורה. (5) a = 1 m/s² לכיוון מעלה.

ב. חשב את מהירות העגלה ואת המרחק שעברה במשך 1 s. (4) x = 0. 5 m , v = 1 m/s.

אחרי 1 s מרגע שחרור הגופים החוט נקרע.

ג. חשב את תאוצת העגלה מיד לאחר שהחוט נקרע. (4) a = 8 m/s² לכיוון מטה.

ד. חשב את המרחק הכולל שעברה העגלה עד לנקודה הגבוהה ביותר אליה הגיעה. (2) x = 0. 5 + 0.0625 = 0.5625 m

ה. האם העגלה תרד לאחר שהגיעה לשיא הגובה? (2) כן mgsin(α) > fk

2. לעגלה קטנה, בעלת מסה m, מקנים מהירות V בנקודה A, על מסלילה חלקה ABCDEG , הכוללת מסלול אנכי (התנועה בתוך המעגל והעגלה לא מחוברת למסילה), בעל רדיוס R. (הנקודה B היא הנמוכה ביותר, הנקודה C בגובה מרכז המעגל, הנקודה D היא הגבוהה ביותר והנקודה E היא כזאת שהקטע EO יוצר זווית α עם הקטע BO).

נתונים: m = 2 kg , R = 1.25 m , α = 60°

א. מהי המהירות המזערית Vmin שיש להעניק לעגלה בנקודה A, כדי שתגיע לנקודה C? (4) 5 m/s

ב. מהי המהירות המזערית Vmin שיש להעניק לעגלה בנקודה A, כדי שתגיע לנקודה D? (5) 7.9 m/s

מקנים לעגלה בנקודה A מהירות V_A = 10 m/s.

ג. עבור הנקודה E במסלול העגלה חשב: (8)

1. את מהירות העגלה. V² = 87.5 -> v = 9.354 m/s h = 0.625 m

2. את הנורמל שהמסילה מפעילה על העגלה. a_r = 70 m/s² , N = 150 _N

3. את התאוצה הרדיאלית ואת התאוצה המשיקית. a_r = 70 m/s² , a_t = 8.66 m/s²

3. עגלה קטנה, בעלת מסה m, נלחצת בשיעור DX אל קפיץ (לא מחוברת לקפיץ), בעל קבוע k ומשוחררת ממנוחה. העגלה עוברת מסלול אופקי חלק AB, מסלול אופקי לא חלק BC ונופלת בנקודה G (ראה שרטוט). אורך הקטע BC הוא L, מקדם החיכוך בין העגלה למשטח בקטע BC הוא m וגובה BC ביחס ל- GH הוא h.

נתונים: m = 2 kg , Dx = 0.2 m , k = 450 N/m , L = 0.625 m , m = 0.4 , h = 0.8 m

א. חשב את מהירות העגלה מיד לאחר שהשתחררה מהקפיץ. (4) 3 m/s

ב. חשב את עבודת החיכוך על העגלה בעוברה מנקודה B עד לנקודה C. (5) -5 J

ג. חשב את מהירות העגלה לכשתגיע לנקודה C. (4) 2 m/s

ד. חשב את המרחק GH. (4) 0.8 m

4. שולחן אופקי CDE, חלק בחלקו CD ולא חלק בחלקו DE, כך שמקדם החיכוך בין השולחן לעגלות הוא m. מניחים שתי עגלות על החלק CD: עגלה A, בעלת מסה m_A, ועגלה B, בעלת מסה m_B. מקנים לעגלה A מהירות V_A ימינה ולעגלה B מהירות V_B שמאלה (ראה שרטוט). העגלות נצמדות וממשיכות ימינה במהירות u.

נתונים: m_A = 3 kg , V_A = 5 m/s , m_B = 2 kg , u = 1 m/s , m = 0.4

א. חשב את מהירות עגלה B לפני ההתנגשות בין העגלות. (5) 5 m/s שמאלה.

ב. חשב את גודל ואת כיוון כוח החיכוך הפועל על העגלות הצמודות אחרי שעברו את נקודה D. (3) 20 _N שמאלה

ג. חשב את גודל ואת כיוון שינוי התנע של העגלות מרגע שהגיעו לנקודה D עד שנעצרו. (5) 5 _Ns שמאלה

ד. חשב את הזמן שעבר מרגע שהעגלות הגיעו לנקודה D עד שנעצרו. (4) 0.25 s

חלק החשמל ומגנטיות: עליך להשיב על 2 שאלות מתוך שאלות 5 – 7.

5.

א. לוח גדול ( "אינסופי" ) הטעון חיובית מונח על שולחן אופקי. הלוח יוצר שדה חשמלי אחיד בכיוון הניצב ללוח. כדור מוליך קטן תלוי על חוט מבדד מעל ללוח ( ראה תרשים א' ). הכדור טעון במטען שגודלו q וסימנו אינם ידועים.

נתונים: עוצמת השדה שיוצר הלוח E = 22.5·10⁶ . המסה של הכדור m = 0.05 kg. המתיחות בחוט T = 45.5 N. יחידות השדה ניוטון לקולון.

1. קבע את סימן המטען של הכדור, נמק את קביעתך. שלילי, T > mg לכן כוח חשמלי משיכה

2. מצא את גודל מטענו של הכדור q. (5) 2´10^-6 C(שלילי)

ב. מסלקים את הלוח הטעון, ומציבים במקומו על גבי השולחן שני מטענים נקודתיים חיוביים שווים Q , בנקודות A , C . במצב זה תלוי הכדור בנקודה B , כך שהמשולש ABC הוא במישור האנכי ( ראה תרשים ב' ).

נתון: המשולש ABC הוא שווה שוקיים ( AB = BC = 4cm ) בעל זוויות בסיס α = 30° . המתיחות בחוט שעליו תלוי הכדור שווה לזו שבסעיף א'.

מצא את גודלו של המטען Q . (6) 4µC

ג. מסירים את הכדור מהחוט, טוענים אותו במטען שלילי q' = -3µC ומשחררים אותו ממנוחה בנקודה B . מצא את המהירות שבה פוגע הכדור בפני השולחן. ניתן להזניח את השינוי באנרגיה הפוטנציאלית הכובדית. (6) 5.78 m/s

6. במעגל שבתרשים מכשירי המדידה אידיאליים.

נתונים:

כא"מ המקור ε = 15 V , התנגדותו הפנימית r = 1 Ω , התנגדויות הנגדים: R₂ = R₃ = R₄ = 2 Ω , R₅ = 10 Ω .

האמפרמטר A₃ מודד זרם של 1 A . הוולטמטר V₁ מודד מתח של 10 V .

א. מצא את התנגדות הנגד R₁. (5) 5 Ω

ב. מצא את הוריית האמפרמטר A₄. (5) 1 A

ג. מצא את הוריית האמפרמטר A. (3) 3 A

ד. מצא את הוריית הוולטמטר V. (4) 12 V

7.

א. שני תילים ישרים, ארוכים, מקבילים מתוחים על גבי שולחן אופקי, במרחק של 10 cm זה מזה. תרשים א' מתאר את התילים במבט מלמעלה. מזרימים בתיל K זרם שעוצמתו I₁ = 10 A בכיוון המסומן בתרשים.

1. מה צריך להיות כיוונו של הזרם I₂ בתיל N , כדי שהתילים ימשכו זה את זה? נמק! (3) ימינה

2. מזרימים בתיל N זרם שעוצמתו I₂ = 20 A , בכיוון שקבעת בסעיף (1). מצא את עוצמת השדה המגנטי שיוצרים התילים ( גודל וכיוון ) בנקודה P , הנמצאת באמצע בין שני התילים. (6) 4·10^-5 T יוצא מהדף

ב. מסלקים את התיל N , ומשאירים רק את התיל K . מניחים על השולחן מסגרת מלבנית PQRS , שממדיה הם PQ = RS = 20 cm , PS = QR = 10 cm . הצלע PQ של המסגרת מקבילה לתיל K , ונמצאת במרחק של 5 cm ממנו. המסגרת עשויה תיל מוליך, וזורם בה זרם שעוצמתו I₃ = 5 A , בכיוון המסומן. אין חיכוך בין המסגרת לשולחן. בתרשים ב' מתוארים התיל והמסגרת במבט מלמעלה.

האם יש להפעיל כוח על המסגרת, כדי שהיא תישאר במנוחה? הסבר, אם כן – מצא את גודלו ואת כיוונו של הכוח. (8) 10^-5 N 2.67· בכיוון מעלה

חלק האופטיקה גיאומטרית: עליך להשיב על שאלה אחת מתוך שאלות 8 – 9.

8. אלומה של אור המורכב משני צבעים שונים ( צבע 1 וצבע 2 ) פוגעת בזווית α = 70° בנקודה A על פניה של תיבה שעובייה d = 20 cm . מקדם השבירה (ביחס לאוויר) של החומר ממנו עשויה התיבה שונה לכל אחד מהצבעים:

עבור צבע 1: n₁ = 1.52 , עבור צבע 2: n₂ = 1.45 . התיבה נמצאת באוויר, ומוצמדת ללוח צילום. על לוח הצילום מתקבלות שתי נקודות C , B ( ראה תרשים א' ).

א. (6)

1. שרטט את מהלך קרן האור בתוך התיבה, עד לפגיעה בלוח הצילום, וקבע באיזו נקודה של לוח הצילום ( B או C ) פגע האור בצבע 1 , ובאיזו – אור בצבע 2 . נמק את קביעתך. צבע 1 בנקודה B , צבע 2 בנקודה C

2. מצא את המרחק BC . BC = 1.3 cm

ב. מרחיקים את התיבה מלוח הצילום ומחזיקים אותה במקביל אליו. מכוונים את אלומת האור באותה זווית כמו קודם ( ראה תרשים ב' ). האם המרחק בין נקודות הפגיעה של שני הצבעים על לוח הצילום שווה ל – BC , גדול מ – BC , או קטן מ – BC ? נמק! (3) שווה, הקרניים יוצאות מקבילות

ג. מכוונים את אלומת האור אל מנסרה משולשת העשויה מאותו חומר, כמתואר בתרשים ג'. חתך המנסרה הוא משולש ישר זווית, והאור פוגע בניצב בדופן המנסרה. על לוח הצילום מתקבלת רק נקודה אחת, של אחד מהצבעים. (6)

1. קבע איזה מהצבעים פגע בלוח הצילום, נמק את קביעתך.

2. שרטט את מהלך האור בעל הצבע שלא פגע בלוח הצילום, עד ליציאתו מהמנסרה, הסבר את שיקוליך.

αc₁ = 41.14⁰ αc₂ = 43.60⁰ זווית הפגיעה בתוך המנסרה 42⁰

9. נתונה עדשה מרכזת בעלת רוחק מוקד של 30 cm.

א. אדם מציב עצם על הציר האופטי משמאל לעדשה, ורואה את דמותו ההפוכה של העצם, המתקבלת במרחק של 120 cm מהעדשה. (6)

1. האם הדמות התקבלה משמאל לעדשה או מימין לה? הסבר! מימין, הפוכה=ממשית

2. מצא את מרחק העצם מהעדשה. u = 40 cm

3. מצא את גובה הדמות, אם נתון שגובה העצם הוא 10 cm. Hi = 30 cm

ב. האדם משנה את המרחק בין העצם לעדשה, עד אשר הוא רואה דמות ישרה של העצם. (4)

1. האם האדם קירב את העדשה לעצם, או הרחיק אותה ממנו? הסבר! קרב, ישרה = מדומה, u < f

2. האם יתכן שדמות זאת תהיה שווה בגודלה לדמות שבסעיף א'? הסבר. כן, מדומה מוגדלת

ג. בתרשים שלפניך מסומנים עצם, עדשה והמוקדים של העדשה. (5)

1. העתק את התרשים למחברתך ושרטט את מהלך הקרניים המיוחדות להיווצרות הדמות.

2. קבע האם הוא מתאים עקרונית לסעיף א' או לסעיף ב'. ב, מדומה

בהצלחה רבה!!!