Fin260213

מכינת ריענון והשלמה בפיסיקה

מבחן סוף מועד ב' בפיסיקה 26.02.13

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, הקשורה באמצעות חוט וגלגלת לגוף B, שמסתו m_B, נמצאת על מדרון חלק שנטוי בזוית α ומשוחררת ממנוחה (ראה שרטוט).

נתון: m_A = 2 _kg ; m_B = 2 _kg ; sin(α) = 0.8

א. חשב את תאוצת העגלה A (גודל וכיוון). (8) a = 1 m/s²

החוט נקרע לאחר 0.6 _s .

ב. חשב את המרחק שתעבור העגלה A עד שהחוט נקרע. (4)

ג. חשב את מהירות העגלה A ברגע שהחוט נקרע. (4) x = 0.18 m ; v = 0.6 m/s

ד. מה המרחק המרבי הנוסף שתעבור העגלה במעלה המדרון? (6) a = -8 m/s² ; vo = 0.6 m/s ; x = 0.0225 m

(תאוצה שלילית – מטה)

2. משחילים חרוז שמסתו m על מוט אנכי חלק. מחברים קפיץ, בעל קבוע אלסטיות k ואורך רפוי L_o, לחרוז מצד אחד ולקיר הנמצא במרחק d מהמוט מצד אחר. משחררים את החרוז ממנוחה, כאשר הקפיץ אופקי. ציר x נבחר כך שראשיתו בנקודת שחרור החרוז וכיוונו מטה (ראה שרטוט).

נתון: m = 0.5 _kg ; d = 40 _cm ; L_o = 40 cm

א. מהם הכוחות הפועלים על החרוז בזמן תנועתו? מי מפעיל כל כוח? (5) כוח הכובד, כוח הקפיץ ונורמל מהמוט.

ב. ידוע כי המרחק המרבי שיעבור החרוז לכיוון מטה הוא: x_max = 30 _cm.

1. חשב את קבוע הקפיץ k. (9) משמור אנרגיה: mgx = 0.5kDL² -> k = 500 N/m

2. חשב את גודל הכוח שהקפיץ מפעיל על החרוז, כאשר החרוז נמצא בנקודה הנמוכה ביותר. (3) 40 N

ג. במקרה אחר משחררים את החרוז ממנוחה מנקודה מעט נמוכה יותר מנקודת השחרור הקודמת (נניח מנקודה שם x = 5 _cm). האם הנקודה הנמוכה ביותר אליה יגיע החרוז תעבור את x = 30 _cm? נמק! (5) לא – מתחיל עם מהירות אפס בנקודה נמוכה יותר. במקרה הקודם באותה נקודה היתה מהירות!

3. 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 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. (5) 5 m/s

ב. חשב את מהירות כל עגלה מיד לאחר ההתנגשות ביניהן (גודל וכיוון). (8) u_A = -1 m/s ; u_B = 4 m/s (שמאלה)

ג. מהו שינוי התנע של עגלה A במשך ההתנגשות ביניהן? (5) -12 Ns (שמאלה)

ד. עגלה B פוגעת בקיר בנקודה F וחוזרת במהירות 3 m/s. מהו המתקף שהקיר הפעיל על עגלה B? (4) -21 Ns

4. נתונה מסילה מעגלית אנכית חלקה ABC, שרדיוסה R ומרכזה הנקודה O. הנקודה A היא בגובה הנקודה O, הנקודה B היא הנקודה הנמוכה במסילה והנקודה C נמצאת בחצי הגובה בין הנקודה B והנקודה O (ראה שרטוט). לגוף קטן, בעל מסהm , מוענקת מהירות התחלתית v_A כלפי מטה, כאשר הוא נמצא בנקודה A.

נתון: m = 2 kg , R = 0.8 m, v_A = 3 m/s.

א. חשב את מהירות הגוף בהגיעו לנקודה B, את תאוצתו הרדיאלית ואת הנורמל שהמסילה מפעילה על הגוף. (8)

ב. חשב את הזוית שהרדיוס OR יוצר עם קו אנכי. (3) v_B = 5 m/s ; ar = 31.25 m/s2 ; N = 82.5 N ; 60º

ג. חשב את מהירות הגוף בהגיעו לנקודה C, את תאוצתו הרדיאלית ואת הנורמל שהמסילה מפעילה על הגוף. (8)

ד. חשב את התאוצה המשיקית של הגוף בהגיעו לנקודה C. (3)

v_C² = 17 ; a_r = 21.25 m/s² ; N = 52.5 N ; a_t = 8.66 m/s²

5. מנסרה (פריסמה) משולשת וישרת זוית ABC, העשויה מחומר שקוף בעל מקדם שבירה n, מונחת על מראה מישורי אופקית MN. שולחים קרן אור הפוגעת בפאה AC של המנסרה, בזוית α ביחס למישור המנסרה (ראה שרטוט).

נתון: n = 2.0 ; β = 40º ; α = 30º

א. חשב את הזוית הגבולית (קריטית) עבור מנסרה זאת (נמצאת באוויר). (5) 30º

ב. שרטט את מהלך קרן האור וחשב את הזוית שיוצרת הקרן ביציאתה מפאה AB. (10) זוית שבירה 55.52º

ג. האם קרן אור שיוצרת זוית α = 45º עם פאה AC תצא דרך פאה AB? פרט חישוביך. (3) כן

ד. מהי זוית α המזערית שתאפשר לקרן האור לצאת מפאה AB? (4) α = 46.84º

6. נתונה עדשה מרכזת בעלת מרחק מוקד של 50 cm. על הציר הראשי,במרחק 30 cm מהעדשה ובניצב לעדשה מציבים עצם שאורכו 10 cm (ראה שרטוט).

א. חשב (בדרך אלגברית) את מרחק הדמות שתיווצר ואת גודלה. האם הדמות ממשית או מדומה? הסבר! (5)

ב. שרטט מהלך 3 קרניים מיוחדות לצורך מציאת הדמות. (ניתן לשרטט על טופס הבחינה או להעתיק בקנה מידה את השרטוט למחברת הבחינה). (9) v = -75 cm ; m = 2.5 מדומה

ג. הוסף מהלך קרן אור היוצאת מראש העצם, פוגעת בעדשה ומגיעה לנקודה A (ראה שרטוט). (5)

ד. הוסף מהלך קרן אור היוצאת מאמצע העצם, פוגעת בעדשה ומגיעה לנקודה A (ראה שרטוט). (3)

7. מטען נקודתי, בעל מטען q ומסה m, תלוי לתקרה באמצעות חוט מבודד. כאשר מפעילים שדה חשמלי אחיד שמאלה, המערכת מתייצבת כאשר החוט יוצר זוית α עם קו אנכי (ראה שרטוט).

השב באמצעות הגדלים q, m, g, k, α בלבד!

א. מהו סימן המטען החשמלי? נמק! (3) שלילי, כוח הפוך לכיוון השדה

ב. חשב את מתיחות החוט ואת גודל הכוח החשמלי הפועל על המטען. (7) T = mg/cosα ; F = mgtanα

ג. חשב את גודל השדה החשמלי. (2) E = mgtanα/|q|

8. מטען נקודתי, בעל מטען q ומסה m, נכנס במהירות אופקית V אל איזור שם שורר שדה חשמלי אחיד E, הניצב למהירותו ההתחלתית של המטען (ראה שרטוט). הנח כי הכוח היחיד הפועל על המטען הוא כוח חשמלי.

נתון: q = -1.6×10^-19 _c ; m = 9×10^-31 _kg ; E = 5000 _N/c

א. חשב את גודל ואת כיוון הכוח החשמלי שיפעל על המטען. (7)

ב. חשב את תאוצת המטען (גודל וכיוון). (3)

ג. מה תהיה צורת מסלול המטען בהיותו באזור השדה החשמלי? (2)

F = 8×10^-16 N לכיוון מעלה

a = 8.889×10¹⁴ m/s

מסלול פרבולי (כלפי מעלה)

בהצלחה