Fin240114

מכינת ריענון והשלמה בפיסיקה

מבחן סוף מועד ב' בפיסיקה 24.1.14

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 A מונח על משטח אופקי לא חלק. הגוף קשור מצד אחד לקיר באמצעות חוט s₁ ומצד שני לגוף B באמצעות חוט s₂ העובר דרך גלגלת. הגוף B מונח על מדרון חלק שזווית הטייתו היא α (ראה שרטוט). תחילה המערכת במנוחה. נתון: m_A = 2 kg ; m_B = 5 kg ; sin(α) = 0.6 ; cos(α) = 0.8 ; m_s = m_k = 0.8 (מקדמי החיכוך הם בין A למשטח).

בזמן t = 0 החוט s₁ נקרע.

א. הראה כי הגוף A יזוז ממקומו לאחר שהחוט נקרע. (3)

ב. מה תהיה תאוצת הגוף A לאחר קריעת החוט? (5) 2 m/s² ימינה

ג. חשב את המרחק שיעבור הגוף A במשך 2 שניות. מה תהיה מהירותו בזמן זה? (3) 4 m

ד. שתי שניות לאחר שנקרע החוט s1 נקרע גם החוט s₂.

1. מה תהיה תאוצת A לאחר שנקרע החוט s₂? (גודל וכיוון) (3) 8 m/s² שמאלה

2. מה המרחק הכולל שעבר הגוף A עד שנעצר? (3) 5 m

2. גוף קטן, בעל מסה m, נקשר בעזרת שני חוטים בעלי אורך L כל אחד, לחלק האופקי של עמוד שצורתו כאות ר', כמוראה בשרטוט. כאשר העמוד לא מסתובב, החוטים יוצרים זווית α עם החלק האופקי.

נתון: m = 0.6 kg , L = 0.5 m , sin(α) = 0.8

א. חשב את מתיחות כל חוט, כאשר העמוד לא מסתובב. (3) 3.75 N

ב. כאשר מסובבים את העמוד בתדירות f = 0.5 H_Z, שני החוטים מתוחים.

1. באיזה חוט המתיחות גדולה יותר? נמק! שמאלי

2. חשב את המתיחות בחוט השמאלי. (5) 5.23 N

ג. כאשר מסובבים את העמוד בתדירות f = 1 H_Z, חוט אחד רפוי.

1. מי משני החוטים מתוח? נמק! שמאלי

2. מהי הזווית שיוצר החוט המתוח עם החלק האופקי?

90 - 59.56°

3. מה מתיחות החוט המתוח? (6) 11.84 N

ד. מהי תדירות הסיבוב המרבית בה שני החוטים עדיין מתוחים? (3) 0.9189 Hz (ויתרתי על סעיף זה)

3. הוסיפו לשולחן אופקי שגובהו H מסלול גלישה AB. משחררים ממנוחה גוף קטן בעל מסה m מנקודה A, הנמצאת בגובה h מעל השולחן. הגוף יורד במסלול הגלישה עד לנקודה B, משם ממשיך לנקודה C שבקצה השולחן ונופל בנקודה D הנמצאת על הרצפה.

נתון: m = 0.2 kg , v_B = 4 m/s , h = 1.25 m , BC = 1.0 m , m_BC = 0.6 , H = 0.8 m

א. האם קיים חיכוך בין הגוף למסלול הגלישה? אם לא – הסבר / הוכח. אם כן – חשב את עבודת החיכוך. (5) -0.9 J

ב. חשב את מהירות הגוף כאשר הוא מגיע לקצה השולחן (נקודה C) 2 m/s

1. לפי חוקי ניוטון וקינמטיקה. או

2. לפי עקרון עבודה ואנרגיה. (4)

ג. מהי עבודת כוח הכובד על הגוף כאשר הוא נע מנקודה C לנקודה D? (4) 1.6 J

ד. השב:

1. מהו גודל ומהו כיוון המהירות בה הגוף פוגע ברצפה? (2) v = 4.472 m/s α = 63.43°

2. מהו המרחק האופקי בין C ל- D? (2) 0.8 m

4. עגלה A, בעלת מסה m_A, נמצאת בנקודה C, שעל מסלול חלק CDEF (גובה הנקודה C מעל נקודה D הוא h והקטע DEF הוא אופקי). מקנים לעגלה A מהירות התחלתית אפסית v_o ימינה. העגלה A מתנגשת אלסטית בעגלה B, שמסתה m_B, הנמצאת במנוחה בנקודה E.

נתון: m_A = 2 _kg ; m_B = 3 _kg ; h = 125 _cm

א. חשב את מהירות עגלה A, כאשר היא מגיעה לנקודה D. (3) 5 m/s

ב. חשב את מהירות כל עגלה מיד לאחר ההתנגשות ביניהן (גודל וכיוון). (7) A: 1 m/s שמאלה. B: 4 m/s ימינה

ג. מהו שינוי התנע של עגלה A במשך ההתנגשות ביניהן? (4) 12 Ns שמאלה

ד. עגלה B פוגעת בקיר בנקודה F וחוזרת במהירות 3 m/s. מהו המתקף שהקיר הפעיל על עגלה B? (3) 21 Ns שמאלה

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

5. בשני קדקודיו של משולש שווה צלעות ABC (A ו- B),שאורך צלעו a = 10 cm, מקובעים שני מטענים נקודתיים חיוביים שווים

שמטענם הוא q = 4 mc, כמתואר בתרשים. הזנח כוחות כובד!

א. חשב את השדה החשמלי (גודל וכיוון) שנוצר בקדקוד C? (3) 6.235⨯10⁶ N/C למעלה

ב. חשב את הגודל של פוטנציאל החשמלי בנקודה C? (4) 720,000 V

ג. מהי עבודה שיש להשקיע כדי להביא מאינסוף לנקודה C מטען של q_C = -2q? (3) -5.76 J

ד. מהו הכוח החשמלי (גודל וכיוון) הפועל על המטען q_C בנקודה C? (3) 50 N למטה

ה. משחררים את המטען q_C ממנוחה מנקודה C. חשב את גודל המהירות של המטען q_C בנקודה D (מרכז הבסיס) ,אם ידוע שמסתו של המטען 0.04 kg. (4) 16.97 m/s

6. במעגל החשמלי המתואר בתרשים שלפניך מקור המתח הוא בעל כא"מ e = 3V והתנגדות פנימית r=2W . אל מקור המתח מחוברים הנגדים R₁-R₄ : R₁=R , R₂=0.5R , R₃=0.75R , R₄=0.5R . מכשירי המדידה הינם אידיאליים והתנגדותם של חוטי החיבור זניחה . הוריית הוולטמטר היא V= 2V .

א. מהו מתח ההדקים של המקור? (2) 2 v

ב. מהו הזרם הזורם במקור? (3) 0.5 A

ג. מהי ההתנגדות השקולה המחוברת למקור (בלי r). (4) 4 W

ד. מהו הזרם העובר בכל נגד? (4)

R₄->0.5 A , R₃->2/6 A , R₁+R₂->1/6 A

ה. מהו גודל כל נגד? (4)R₁=4_W, R₂=R₄=2_W, R₃=3_W

7. בשרטוט מתוארת תנועת פרוטון באזור בעל ארבעה תאים. כל אזור בצורת ריבוע שאורך צלעו -d . בחלק מהאזורים קיים שדה מגנטי אחיד בגודל B המכוון בניצב למישור הדף (פנימה/החוצה), ובחלק אין כלל שדה מגנטי. הפרוטון חוצה את האזורים בדיוק באמצעי הצלעות ובניצב להם. בטא תשובותיך באמצעות V_o, d, m_p, e וקבועים!

א. (1) סמן את הכיוון של השדה המגנטי באזורים המתאימים ? נמק (3) A- אין, B+C - החוצה, D - פנימה

(2) מהירות הכניסה של הפרוטון לאזור A היא V₀ ורדיוס המסלול d/2 -. האם מהירותו בצאתו מאזור D גדולה, קטנה או שווה ל- V₀? נמק .(3) אותה מהירות

(3) חשב את זמן שהיית הפרוטון באזור B? ( 6) t = 0.25pd/Vo

ב. מחליפים את הפרוטון בחלקיק α (m_α = 4m_{p, ,} q_α = 2q_p ) בעל מהירות V₀. כיצד יש לשנות את עוצמה של שדה המגנטי B ,כדי שחלקיק α ינוע במסלול זהה למסלול הפרוטון? (5) שדה מגנטי בגודל כפול

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

8. כלי כיבול לנוזלים, העשוי מחומר בעל מקדם שבירה n_B = 1.2, מונחת על שולחן אופקי. הרוחב הפנימי של הכלי הוא 8 cm וגובהו הפנימי הוא 7 cm. בתחתית הכלי ובמרכזו (נקודה A) מוצב מקור אור נקודתי. ממלאים את הכלי בנוזל בעל מקדם שבירה n_A = 2.7 קרני אור היוצאות מהמקור פוגעות בדופן MN (כמו הקרן הפוגעת בנקודה B) - ראה שרטוט.

א. חשב את הזווית הגבולית (קריטית) עבור קרן אור הנשברת מהנוזל לדופן הכלי. (5) 26.39°

ב. מהו הגובה המזערי של נקודה B, כך שקרן האור תוחזר במלואה מדופן MN? (5) 1.985 cm

ג. מהו גובה נקודה B, כך שהקרן המוחזרת תגיע בדיוק לנקודה Q? (ניתן להשיב בעזרת שרטוט). (5) 7/3 cm

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

א. מציבים נר שאורכו 10 cm במרחק 40 cm מעדשה ובמקביל לעדשה. מתקבלת תמונה ישרה , מוגדלת פי 3.

1. האם העדשה מרכזת או מפזרת? נמק! מרכזת - יש הגדלה.

2. חשב את מרחק המוקד של העדשה. f = 60 cm

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

ב. מציבים נר שאורכו 10 cm במרחק 25 cm מעדשה מרכזת שמרחק מוקדה הוא 20 cm.

1. חשב את מרחק הדמות הנוצרת. v = 100 cm

2. מהם מאפייני הדמות? (ממשית או מדומה, ישרה או הפוכה, מוגדלת או מוקטנת?). ממשית, הפוכה ומוגדלת פי 4

3. שרטט במחברתך, בקנה מידה, את מערכת הנר והעדשה ומהלך 3 קרניים מיוחדות ליצירת דמות הנר. (9)

בהצלחה רבה!!!