Fin020114

מכינת ריענון והשלמה בפיסיקה

מבחן סוף מועד א' בפיסיקה 2.1.14

עם המרצה: איציק סימן-טוב

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. גוף M, בצורת מנסרה שוות שוקיים, עם זווית בסיס α, מחוברת לשולחן. משקולת A, שמסתה m_A, מונחת בתחתית הפאה הימנית. מקדם החיכוך הקינטי והסטטי בין המשקולת A לגוף M הוא m. חוט הקשור למשקולת A עובר דרך גלגלת אידיאלית הנמצאת בראש הגוף M, כך שהחוט מקביל למדרון. החוט מחובר לעגלה B, בעלת מסה m_B, הנמצאת על הפאה השמאלית החלקה של הגוף M(ראה שרטוט). משחררים את המערכת ממנוחה.

נתונים: m = 0.25 , m_A = 2 kg , m_B = 5 kg , sin(α) = 0.6

א. חשב את גודל ואת כיוון תאוצת המשקולת A עם שחרורה. (5) a = 2 m/s² לכיוון מעלה.

ב. חשב את מהירות המשקולתA את המרחק שעברה במשך 0.5 s. (4) x = 0.25 m , v = 1 m/s.

אחרי 0.5 s מרגע שחרור הגופים החוט נקרע.

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

ד. חשב את המרחק הנוסף שעברה המשקולת A עד לנקודה הגבוהה ביותר אליה הגיעה. (2) x = 0.0625 m

ה. חשב את גודל תאוצת העגלה B לאחר שהחוט נקרע. (2) gSin(α) = 6 m/s²

2. קושרים גוף קטן, שמסתו m, באמצעות חוט שאורכו L לתקרה. מקנים לגוף מהירות זוויתית w והוא נע במעגל אופקי שרדיוסו R, כך שהחוט יוצר זווית q עם קו אנכי (ראה שרטוט - מטוטלת קונית).

לסעיפים א' ו- ב' הבע תשובותיך באמצעות הגדלים m , g , L, w בלבד!

א. רשום משוואות מתאימות. (4)

ב. הוכח: Cos(q) = g/(Lw²). (3)

נתון: m = 0.4 kg , L = 1.5 m , w = 3 rad/s

ג. מהי מתיחות החוט? (3) mLw² = 5.4 N

ד. מה המרחק של הגוף מהתקרה H? (3) g/w² = 1.1111 m

ה. במידה ואותו גוף עם אותו חוט היו מועברים לירח ומסובבים באותה מהירות זוויתית:

1. האם מתיחות החוט הייתה שונה? (2) לא כי לא תלוי ב- g

2. האם מרחק הגוף מהתקרה היה שונה? (2) כן כי תלוי ב- g

3. מצמידים לקיר קפיץ, בעל קבוע אלסטיות k, ומכווצים אותו בשיעור DX. אל הקפיץ מצמידים עגלה קטנה בעלת מסה m (לא מחוברת לקפיץ) ומשחררים אותה ממנוחה. העגלה עוברת מסלול אופקי AB, מסלול מעגלי אנכי BCD שרדיוסו R, מסלול מעגלי אנכי DEG שרדיוסו 2R ומסלול אופקי GPQ . כל המסילה, למעט הקטע PQ, חלקה (ראה שרטוט). אורך הקטע PQ הוא L, מקדם החיכוך בין העגלה למשטח בקטע PQ הוא m.

נתונים: מהירות העגלה בנקודה B היא V_B = 5 m/s m = 2 kg , k = 1250 N/m , R = 0.4 m , m = 1.2 ,

א. חשב את הכיווץ ההתחלתי של הקפיץ DX. (4) DX = 0.2 m

ב. חשב את מהירות העגלה בנקודה D והשב: (ניקוד נכלל ב- ב1).

1. הסבר מדוע העגלה לא התנתקה מהמסלול לפני נקודה D. (3) V_D = 3 m/s > מהירות קריטית 2 m/s.

2. חשב את הנורמל הפועל על העגלה לפני שהגיעה לנקודה D (כמעט הגיעה). (3) 25 N

3. חשב את הנורמל הפועל על העגלה אחרי שעברה את הנקודה D (קרוב מאוד לנקודה D). (3) 2.5 N

ג. חשב את המרחק PQ, מתוך ידיעה שהעגלה נעצרה בנקודה Q. (4) 1.708 m

4. על שולחן אופקי חלק מונחות 3 עגלות זהות A, B ו- C. מסת כל עגלה היא M. יורים קליע, שמסתו m = M/100 ובעל מהירות אופקית v, בעגלה A. הקליע יוצא מעגלה A במהירות v1 = v/2, ממשיך (הנח בתנועה אופקית) וננעץ בעגלה B (הקליע לא יוצא מעגלה B). עגלה B ממשיכה ומתנגשת אלסטית בעגלה C (ראה שרטוט). הבע תשובותיך באמצעות v ו- M.

א. חשב את גודל מהירות עגלה A לאחר יציאת הקליע ממנו. (5) v/200.

ב. חשב את גודל ואת כיוון המתקף שהקליע הפעיל על גוף A. (2) Mv/200 ימינה.

ג. חשב את גודל מהירות עגלה B לאחר שהקליע ננעץ בה. (5) v/202.

ד. חשב את גודל מהירות עגלה C לאחר שעגלה B התנגשה בה. (5) v/201.

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

5. חוט אופקי מבודד וחלק MN עובר בדיוק בין שני מטענים זהים Q, המוצבים ללא יכולת תנועה בנקודות B ו- C. על החוט MN משחילים חרוז קטן בעל מסה m ומטען חשמלי q. תחילה החרוז נמצא בנקודה A (ראה שרטוט).

הזנח כוחות כובד!

נתונים: m = 6´10^-6 kg , Q = -5´10^-8 C , q = 4´10^-8 C , CD = DB = 0.3 m , AD = 0.4 m

א. חשב את גודל ואת כיוון השדה החשמלי הנוצר בנקודה A ובנקודה D ע"י המטענים הנמצאים ב- B וב- C. (5)

E_A = 1440 N/C ימינה. E_D = 0

ב. חשב את הפוטנציאל החשמלי הנוצר בנקודות A ו- D ע"י המטענים הנמצאים בנקודות B ו- C. (4) V_A = -1800 V , V_D = -3000 V

ג. כמה עבודה נדרשת על מנת להביא את המטען q מנקודה רחוקה לנקודה A? (4) W = -7.2´10^-5 J

ד. משחררים את המטען q ממנוחה בנקודה A. באיזו מהירות יגיע לנקודה D? (4) 4 m/s

6. במעגל שבתרשים מכשירי המדידה אידיאליים. כא"מ המקור והתנגדותו הפנימית וכן התנגדות הנגדים רשומים על השרטוט למטה.

לווה את הפתרונות בשרטוטים ובחישובים מתאימים!

א. מצא את הוריית האמפרמטר A. (5) 4 A

ב. מצא את הוריית הוולטמטר V. (3) 12 V

ג. מצא את הוריית האמפרמטר A₂. (3) 1 A

ד. מצא את הוריית האמפרמטר A₁. (3) 2/3 A

ה. מצא את הוריית הוולטמטר V₁. (3) 3 V

7. משתמשים בספקטוגרף מסות לבחינת אלומת אלקטרונים. האלקטרונים מואצים במתח V = 500 V ונכנסים אל בורר מהירויות במקביל ללוחותיו. בתוך בורר המהירויות קיים שדה מגנטי "פנימה" בגודל B = 4´10^-3 T ושדה חשמלי E בכיוון הניצב ללוחות בורר המהירויות. האלקטרונים נעים בקו ישר, יוצאים מבורר המהירויות ונכנסים לאזור בו קיים שדה מגנטי "החוצה" בגודל B = 4´10^-3 T.

א. חשב את מהירות האלקטרונים ביציאתם מהמאיץ. (3) 1.325´10⁷ m/s

ב. מהו כיוון השדה החשמלי בין לוחות בורר המהירויות? פרט את שיקוליך! (3) מטה

ג. מהו גודל השדה החשמלי בין לוחות בורר המהירויות? פרט את חישוביך! (4) E = 5.301´10⁴ N/C

ד. שרטט עקרונית את מסלול התנועה המעגלית של האלקטרון לאחר שיצא מבורר המהירויות. (3) מעלה

ה. חשב את רדיוס המסלול המעגלי R שיבצע האלקטרון ואת זמן סיבוב מלא אחד T. (4) R = 0.0188 m , T = 8.944´10^-9 s

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

8. מנסרה משולשת שוות שוקיים ABC (השוקיים הן AC ו- BC), בעלת מקדם שבירה n = 2 וזווית ראש q = 40°, מוקפת אוויר.

תיקונים: לסעיף ב': q = 50° לסעיף ג': q = 40°

וזווית פגיעה עדיין 25°

א. מהו גודל הזווית הגבולית (קריטית) בין חומר המנסרה ואוויר? (3) 30°

ב. חשב את כל זוויות הרלוונטיות עד צאת קרן האור מהמנסרה. לווה חישוביך בשרטוט מתאים. (5) 66.09° מ- AB

ג. טובלים את המנסרה בנוזל בעל מקדם שבירה n = 1.5 ושוב שולחים קרן אור המקבילה לבסיס המנסרה. דרך איזו פאה תצא הקרן? חשב/הסבר. (4) יוצא מ- BC בזווית 29.3°

ד. טובלים את המנסרה בנוזל שקוף בעל מקדם שבירה n = 2. הראה את מהלך קרן האור עד צאתה מהמנסרה. (3) תנועה בקו ישר

9. השב על שני הסעיפים (אין קשר בין הסעיפים):

א. מציבים נר שאורכו 10 cm במרחק 80 cm מקיר ובמקביל לקיר. מציבים עדשה מקבילה לקיר ובמרחק x מהקיר, בין הנר לקיר. על הקיר מתקבלת תמונה ברורה של הנר, מוגדלת פי 3.

1. האם התמונה ממשית או מדומה? נמק! ממשית - מוקרנת על מסך.

2. האם העדשה מרכזת או מפזרת? נמק! מרכזת - תמונה ממשית וגם כיוון שמוגדלת.

3. חשב את מרחק המוקד של העדשה ואת מרחק העדשה מהקיר x. (9) f = 15 cm , x = V = 60 cm

ב. מציבים נר שאורכו 10 cm במרחק 15 cm מעדשה מרכזת שמרחק מוקדה הוא 20 cm.

1. חשב את מרחק הדמות הנוצרת. V = -60 cm

2. מהם מאפייני הדמות? (ממשית או מדומה, ישרה או הפוכה, מוגדלת או מוקטנת?). מדומה, ישרה ומוגדלת

3. שרטט במחברתך, בקנה מידה, את מערכת הנר והעדשה ומהלך 3 קרניים מיוחדות ליצירת דמות הנר. (6)

בהצלחה רבה!!!