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 mA, 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 mB, הנמצאת על הפאה השמאלית החלקה של הגוף M(ראה שרטוט). משחררים את המערכת ממנוחה.
נתונים: m = 0.25 , mA = 2 kg , mB = 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 VB = 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) VD = 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)
EA = 1440 N/C ימינה. ED = 0
ב. חשב את הפוטנציאל החשמלי הנוצר בנקודות A ו- D ע"י המטענים הנמצאים בנקודות B ו- C. (4) VA = -1800 V , VD = -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!!!