Fin240113

מכינת ריענון והשלמה בפיסיקה

מבחן סוף מועד ב' בפיסיקה 24.1.13

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 !!!

1. עגלה A, בעלת מסה m_A = 4 kg, נמצאת על שולחן אופקי וקשורה לגוף תלוי B, בעל מסה m_A = 1 kg (ראה שרטוט). מקנים לעגלה A מהירות אופקית v_o = 5 m/s שמאלה.

א. חשב את תאוצת העגלה (גודל וכיוון). (8) a = 2 m/s² ימינה

ב. חשב את המרחק המרבי שתעבור העגלה שמאלה (ביחס לנקודת היציאה). (6) 6.25 m

ג. כאשר העגלה מגיעה לנקודה השמאלית ביותר, ניתק ממנה גלגל, כך שנותר חיכוך עם מקדם mk = ms = 0.1 .

1. חשב את תאוצת העגלה (גודל וכיוון). (6) a = 1.2 m/s² ימינה

2. לאחר כמה זמן העגלה תהיה שוב במקומה המקורי? (4) t = 3.227 s

2. מבצעים שני ניסויים שונים עם עגלה A שמסתה m_A וגוף B שמסתו m_B. נתון: m_A = 3 kg , m_B = 2 kg

א. (ראה תרשים א') מקנים לעגלה A מהירות v_A = 4 m/s על משטח אופקי וחלק. העגלה מתנגשת אלסטית בגוף B, הקשור לחוט שאורכו L = 2.5 m.

1. חשב את מהירות הגוף B, מיד לאחר ההתנגשות. (6) u_B = 4.8 m/s

2. חשב את זוית הנטיה המרבית α אליה יגיע החוט הקושר את הגוף B. (6) 57.37º

ב. (ראה תרשים ב') מקנים לעגלה A מהירות v_A = 4 m/s על משטח אופקי וחלק. גוף B נזרק אופקית במהירות v_B = 2 m/s כנגד תנועת העגלה ומגובה לא ידוע. הגוף נופל על העגלה ונשאר עליה.

1. ציין והסבר אילו חוקי שימור, מבין המצוינים מטה, מתקיימים:

א. חוק שימור אנרגיה. לא. ההתנגשות פלסטית.

ב. חוק שימור תנע בציר אופקי. כן. אין מתקף חיצוני אופקי.

ג. חוק שימור תנע בציר אנכי. (6) לא. יש מתקף של נורמל!

2. חשב את מהירות הגופים לאחר ההתנגשות. (4) 1.6 m/s ימינה

3. על מוט אנכי PQ מורכבים זרועות A ו- B (כמו מזלג או קלשון סימטרי – ראה שרטוט). כל זרוע מורכבת מחלק אופקי באורך b וחלק הנטוי בזוית α (שוב – ראה שרטוט). משחילים על זרוע A גוף קטן בעל מסה m, היכול לנוע ללא חיכוך. על זרוע B משחילים חרוז בעל מסה M, היכול לנוע ללא חיכוך. מסובבים את המערכת סביב הציר PQ בתדירות f והגופים מתיצבים בגבהים h ו- H בהתאמה.

נתון: b = 30 cm , α = 30º, m = 0.4 kg, M = 0.8 kg, f = 0.5 Hz

א. בודד את הגוף (מסה m). סמן את כל הכוחות הפועלים על הגוף. (5)

ב. בחר מערכת צירים ורשום משוואות לפי חוקי ניוטון. (6)

ג. חשב את רדיוס התנועה המעגלית ואת הגובה h עבור המסה m. (8) R = 0.5850 m , h = 0.1645 m

ד. מה יהי הגובה H, עבור החרוז (בעל מסה M)? (4) לא תלוי במסה. אותו ערך H = h

4. גוף קטן בעל מסה m קשור בעזרת חוט שאורכו L לנקודה O. מטים את החוט בזוית α יחסית לקו אנכי ומשחררים ממנוחה (ראה שרטוט).

בטא את תשובותיך באמצעות m, L, α, g.

א. חשב את מהירות הגוף כאשר יגיע לנקודה הנמוכה B. (5) v_B² = 2gL(1-cos(α))

ב. חשב את מתיחות החוט כאשר הגוף מגיע לנקודה B. (5) T = mg(3 – 2cos(α))

ג. מהי הזוית שיוצר החוט עם קו אנכי הנקודה הגבוהה ביותר אליה יגיע מימין (נקודה C)? הסבר.חשב. (3) α

ד. מהי מהירות הגוף בנקודה C? (3) 0

ה. מהי מתיחות החוט בנקודה C? (6) T = mgcos(α)

5.

קושרים גוף קטן, שמסתו m ומטענו החשמלי q, בעזרת חוט מבודד שאורכו L, לנקודה בתקרת החדר. מציבים מטען נקודתי Q נייח בנקודה הנמצאת במרחק L (כמו אורך החוט) מתחת לנקודת הקשירה. המערכת מתייצבת כך שהמרחק בין המטענים הוא L (כמו אורך החוט) – ראה שרטוט.

נתון: m = 2×10^-4 kg , L = 20 cm , Q = -5×10^-8 c

א. סמן את הכוחות הפועלים על הגוף הקטן. ציין מי מפעיל כל כוח. (4)

ב. מהו סימן המטען q? נמק! (3) שלילי

ג. חשב את מתיחות החוט ואת גודל המטען q. (5) q = -1.778×10^-7 c

6. באזור מסוים קיים שדה חשמלי אחיד המאונך לפני הקרקע. כאשר משחררים ממנוחה באזור זה כדור קטן בעל מסה m ומטען חשמלי חיובי q , הכדור נשאר במקומו ("מרחף").

א. סמן את הכוחות הפועלים על הכדור, כאשר הוא משוחרר. (4)

ב. מהו גודל ומהו כיוון השדה החשמלי? בטא תשובתך באמצעות m, g, q. (5) E = mg/q מעלה

ג. מחליפים לכדור בעל מסה כפולה (2m) ואותו מטען. חשב את תאוצת כדור זה (באמצעות m, g, q). (3) g/2

7. מראה שאורכה L מוצבת במקביל לקיר AB ובמרחק d מהקיר. על הקיר דולקת נורה S. (ראה שרטוט). העתק את השרטוט למחברתך (אין צורך בהקפדה על פרופורציות נכונות) והשב:

א. סמן את מיקום תמונת הנורה במראה (S'). (3)

ב. סמן את האזור על הקיר שיהיה מואר מהאור המוחזר על ידי המראה. (5)

ג. מהו אורך האזור המואר על הקיר (מותר להשתמש בערכים b, d, L)? (8) 2L

ד. כיצד יושפע אורך האזור המואר ומיקום האזור המואר אם:

1. נקרב את המראה לקיר (נקטין את d). לא יושפע

2. נזיז את המראה שמאלה (נקטין את b). גודל לא יושפע. מיקום יזוז שמאלה.

3. נקטין את המראה (M ישאר במקומו, N יהיה קרוב יותר ל M). (6) מיקום קצה שמאל לא ישתנה. גודל יקטן.

8. ישנן שתי עדשות כדוריות דקות (א' ו- ב'), אחת מרכזת והאחרת מפזרת.

א. כאשר מסתכלים דרך עדשה א' על עצם, הנמצא במרחק 20 cm מהעדשה – רואים את תמונתו מוקטנת פי 2.

1. האם עדשה זאת מרכזת או עדשה מפזרת? נמק! (3) מדומה ומוקטנת ולכן מפזרת

2. מהו מרחק המוקד של העדשה? (5) f = -20 cm

3. ציין אם הדמות ממשית/מדומה, ישרה/הפוכה. (2) מדומה, ישרה ומוקטנת

ב. מסתכלים דרך עדשה ב' על עצם, הנמצא במרחק 20 cm מהעדשה – רואים את תמונתו מוגדלת פי 2.

1. האם העדשה מרכזת או מפזרת? (3) מוגדלת ולכן מרכזת

2. מהו מרחק המוקד של העדשה? (3) f = 40 cm

3. שרטט שלוש קרניים מיוחדות עבור מקרה זה. (6)

בהצלחה!