הז ףד לע ןחבנה רפסמ תא םושרל דיפקהל שי .

Answer Sheet 6.6.08
___________________________ ‫מס' נבחן‬
‫ תשובותיכם תיבדקנה אך ורק מדף‬.‫סמנו את תשובותיכם על ידי הקפת האות המתאימה למטה‬
.‫ כך שעליכם לציין את התשובה באופן ברור‬,(!) ‫זה‬
.‫יש להקפיד לרשום את מספר הנבחן על דף זה‬
1.
a
b
c
d
e
21.
a
b
c
d
e
2.
a
b
c
d
e
22.
a
b
c
d
e
3.
a
b
c
d
e
23.
a
b
c
d
e
4.
a
b
c
d
e
24.
a
b
c
d
e
5.
a
b
c
d
e
25.
a
b
c
d
e
6.
a
b
c
d
e
7.
a
b
c
d
e
8.
a
b
c
d
e
9.
a
b
c
d
e
10.
a
b
c
d
e
11.
a
b
c
d
e
12.
a
b
c
d
e
13.
a
b
c
d
e
14.
a
b
c
d
e
15.
a
b
c
d
e
16.
a
b
c
d
e
17.
a
b
c
d
e
18.
a
b
c
d
e
19.
a
b
c
d
e
20.
a
b
c
d
e
1
Total Score________/100
‫פיסיקה ‪ 2‬להנדסת מכונות‬
‫מרצה‪ :‬פרופ' ד‪ .‬ריץ'‬
‫מועד ב'‪ ,‬סמסטר א'‬
‫תאריך‪6.6.08:‬‬
‫מס' קורס‪203-1-1721 :‬‬
‫משך המבחן‪ 3 :‬שעות‬
‫חומר עזר מותר‪ :‬דף נוסחאות אחד בכתב יד‪ ,‬מחשבון פשוט‬
‫ענו על כל השאלות‪ .‬לשאלות ‪ 1-25‬יש משקל שווה‪ ,‬ולפיכך כל אחת שווה ‪ 4‬נקודות‪ .‬בכל שאלה מוצגות‬
‫מספר אפשרויות לתשובה )"מבחן אמריקאי"(‪ .‬ספקו רק תשובה אחת‪ ,‬אותה יש לסמן על דף התשובות‬
‫המצורף‬
‫אנו מדגישים‪ :‬רק הסימונים בדף התשובות יבדקו‪ .‬כל סימון אחר לא יתקבל !‬
‫יש להקפיד לרשום את מספר הנבחן על דף התשובות‪.‬‬
‫בהצלחה !‬
‫‪ .1‬מצא את הכח החשמלי )‪ (Fx, Fy‬ביחידות ‪ ,N‬הפועל על המטען בפינה השמאלית התחתונה של הריבוע‬
‫באיור למטה‪ .‬הנח כי ‪ a = 15.2 cm ,q = 2.26 × 10-6 C‬והמטענים במנוחה‪.‬‬
‫)‪c. (4.68, -1.28) d. (2.34, 2.34) e. (9.36, -2.57‬‬
‫)‪b. (2.34, 0.642‬‬
‫)‪a. (2.34, -0.642‬‬
‫‪ .2‬חלקיק בעל מטען ‪ 5 × 10-6 C‬ומסה של ‪ 20‬גרם נע בתנועה מעגלית במהירות ‪ 7‬מ' לשניה סביב‬
‫חלקיק במנוחה בעל מטען ‪ .-5 × 10-6 C‬מהו רדיוס הסיבוב?‬
‫‪e. 4.4 m‬‬
‫‪d. 1.6 m‬‬
‫‪c. 0.62 m‬‬
‫‪b. 0.23 m‬‬
‫‪a. 0‬‬
‫‪ .3‬דיפול חשמלי בעל מטענים )‪ 1.5 nC (1 n = 10-9‬המופרדים במרחק ‪,12.5 µm (1 µ = 10-6),‬‬
‫נמצא בשדה חשמלי בעוצמה של ‪ .1100 N/C‬מהו הפרש האנרגיה הפוטנציאלית בין המצב בו הדיפול‬
‫מקביל לשדה לבין המצב בו הדיפול אנטי‪-‬מקביל?‬
‫‪a. 8.25 × 10-11 J b. 4.13 × 10-11 J c. 2.06 × 10-11 J d. 1.03 × 10-11 J e. 5.16 × 10-12 J‬‬
‫‪ .4‬התרשימים שלהלן מראים ארבע התפלגויות מטען שונות‪ .‬כל המטענים במרחק זהה מהראשית‪ .‬דרג את‬
‫התפלגויות המטען לפי גודל השדה החשמלי בראשית בסדר עולה )מהקטן לגדול(‪ ) .‬משמאל לימין‬
‫באפשרויות להלן‪ ,‬כלומר ‪ 1,2‬פירושו ‪ 1‬בעל עוצמת שדה קטנה יותר מ‪ .(2-‬שימו לב כי המילה "‪"tie‬‬
‫)"תיקו"( משמעותה כי שתי ההתפלגויות בעלות גודל זהה של השדה החשמלי בראשית‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫‪b. 4, 3, 2, 1 c. 2, 1, then 3 and 4 tie d. 1, 2, then 3 and 4 tie e. 4, 3, 1, 2‬‬
‫‪a. 1, 2, 3, 4‬‬
‫‪ .5‬כדור קטן בעל מסה ‪ m=10mg‬נושא מטען ‪ .q = 20 x 10-9 C‬הכדור נמצא בשדה הכבידה של כדור‬
‫הארץ ותלוי על חוט משי היוצר זווית של ‪ θ = 40°‬עם משטח גדול‪ ,‬לא מוליך הטעון בצפיפות אחידה‬
‫כבאיור‪ .‬מהי צפיפות המטען האחידה ‪ σ‬על המשטח?‬
‫‪b. 8.7 × 10-9 C/m2‬‬
‫‪a. 5.1 × 10-9 C/m2‬‬
‫‪d. 7.3 × 10-8 C/m2‬‬
‫‪c. 2.3 × 10-8 C/m2‬‬
‫‪e. 1.5 × 10-7 C/m2‬‬
‫‪ .6‬שני לוחות מוליכים גדולים טעונים במטען זהה בגודלו והפוך בסימנו‪ .‬המטען מפולג על המשטחים‬
‫הפנימיים שלהם‪ ,‬כמתואר באיור להלן‪ .‬דרג את הנקודות ‪ 1‬עד ‪ 5‬לפי עוצמת השדה החשמלי בנקודה‬
‫בסדר עולה‪ ,‬ומשמאל לימין באפשרויות הממוספרות ) כלומר ‪ 1,2‬פירושו ‪ 1‬בעל שדה קטן יותר מ‪.(2-‬‬
‫שימו לב כי המילה "‪") "tie‬תיקו"( משמעותה כי שתי נקודות או יותר בעלות גודל זהה של השדה‬
‫החשמלי‪.‬‬
‫‪a. 1, 2, 3, 4, 5‬‬
‫‪b. 5, 4, 3, 2, 1‬‬
‫‪c. 1, 4, and 5 tie, then 2 and 3 tie‬‬
‫‪d. 2 and 3 tie, then 1 and 4 tie, then 5‬‬
‫‪e. 2 and 3 tie, then 1, 4, and 5 tie‬‬
‫‪3‬‬
‫‪ .7‬מטען נקודתי של ‪ q = 5 × 10-6 C‬מונח במרכז הקוביה כמתואר באיור‪ .‬אורך צלע הקוביה הינו ‪2‬‬
‫ס"מ‪ .‬מהו השטף החשמלי ביחידות ‪ N⋅m2/C‬דרך פאה אחת של הקוביה?‬
‫‪e. 5.6 × 105‬‬
‫‪d. 1.4 × 105‬‬
‫‪b. 7.1 × 104‬‬
‫‪c. 9.4 × 104‬‬
‫‪a. 0‬‬
‫‪q‬‬
‫‪ .8‬מטען ‪ Q‬מפולג באופן אחיד בכדור מבודד ברדיוס ‪ .R‬מהי עוצמת השדה החשמלי במרחק ‪ R/2‬ממרכז‬
‫הכדור?‬
‫‪e. none of these‬‬
‫‪d. Q/8πεoR2‬‬
‫‪c. 3Q/4πεoR2‬‬
‫‪b. Q/πεoR2‬‬
‫‪a. Q/4πεoR2‬‬
‫‪ .9‬שני מטענים ‪ Q‬מקובעים בקודקודים של משולש שווה צלעות‪ .‬אורך הצלע ‪ .a‬אם ‪ k = 1/4πεo‬מהי‬
‫העבודה הנדרשת כדי להעביר מטען ‪ q‬מהקודקוד העליון לאמצע הצלע בין שני המטענים המקובעים?‬
‫‪c. kQq/a2‬‬
‫‪b. kQq/a‬‬
‫‪e. 4kQq/a‬‬
‫‪a. 0‬‬
‫‪d. 2kQq/a‬‬
‫‪ .10‬שני כדורים מלאים מוליכים בעלי רדיוס שונה נמצאים במרחק רב זה מזה‪ .‬הכדור הקטן נושא מטען‬
‫כולל של ‪ .6 × 10-8 C‬הכדור הגדול בעל רדיוס כפול מהכדור הקטן ואינו נושא כל מטען‪ .‬מחברים‬
‫בין הכדורים בעזרת תיל דק‪ .‬מהם המטענים על הכדור הקטן והגדול בהתאמה לאחר החיבור?‬
‫)כלומר התשובה השמאלית מתייחסת למטען על הכדור הקטן והימנית למטען על הגדול‪(.‬‬
‫‪b. 2 × 10-8 C and 4 × 10-8 C‬‬
‫‪a. 4 × 10-8 C and 2 × 10-8 C‬‬
‫‪d. 6 × 10-8 C and 0‬‬
‫‪c. -6 × 10-8 C and 12 × 10-8 C‬‬
‫‪e. 3 × 10-8 C and 3 × 10-8 C‬‬
‫‪4‬‬
‫שאלות ‪ 13-11‬מתייחסות למעגל שבאיור באשר ‪ ε = 4.0 V, R = 3.0 × 106 Ω‬ו‪.C = 1.0 µF -‬‬
‫בהתחלה הקבל אינו טעון‪ .‬בזמן ‪ ,t=0‬המפסק נסגר כך שזרם מתחיל לזרום‪ .‬ענו על שלוש השאלות‬
‫הבאות עבור ‪.t = 1.0 s‬‬
‫‪ .11‬מהו הקצב בו גדל המטען לוחות על הקבל?‬
‫‪a. 1.3 × 10-6 C/s b. 9.6 × 10-7 C/s c. 4.3 × 10-7 C/s d. 2.6 × 10-7 C/s e. 1.0 × 10-7 C/s‬‬
‫‪ .12‬מהו הקצב בו נאגרת אנרגיה על הקבל?‬
‫‪b. 4.2 × 10-6 J/s c. 2.7 × 10-6 J/s d. 1.1 × 10-6 J/s e. 7.6 × 10-7 J/s‬‬
‫‪a. 8.4 × 10-6 J/s‬‬
‫‪ .13‬מהו הקצב בו אנרגיה פנימית מופיעה בנגד?‬
‫‪b. 4.2 × 10-6 J/s c. 2.7 × 10-6 J/s d. 1.1 × 10-6 J/s e. 7.6 × 10-7 J/s‬‬
‫‪a. 8.4 × 10-6 J/s‬‬
‫‪ .14‬מהו הקיבול של קבל בעל שטח ‪ ,A‬מרחק בין הלוחות ‪ 2d‬וחומרים מבודדים מוכנסים אל בין הלוחות‬
‫עם קבועים דיאלקטריים ‪ κe1, κe2,‬ו‪ κe3 -‬כמתואר באיור?‬
‫‪ε o A  κ e1‬‬
‫‪κ κ ‬‬
‫‪‬‬
‫‪+ e 2 e 3 ‬‬
‫‪d  2 κ e 2 + κ e3 ‬‬
‫‪c.‬‬
‫‪d‬‬
‫‪κe2‬‬
‫‪d‬‬
‫‪κe3‬‬
‫‪ε o A  κ e1‬‬
‫‪1 κ e 2κ e 3 ‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪+‬‬
‫‪2d  2 2 κ e 2 + κ e 3 ‬‬
‫‪κe1‬‬
‫‪b.‬‬
‫‪2d‬‬
‫‪ε o Aκ e1  κ e 2κ e3 ‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪d  κ e 2 + κ e 3 ‬‬
‫‪εo A ‬‬
‫‪κ κ ‬‬
‫‪ε Aκ‬‬
‫‪κ κ ‬‬
‫‪ κ e1 + e 2 e 3  e. o  e1 + e 2 e 3 ‬‬
‫‪2d ‬‬
‫‪κ e 2 + κ e3 ‬‬
‫‪2d  2 κ e 2 + κ e 3 ‬‬
‫‪a.‬‬
‫‪d.‬‬
‫‪5‬‬
‫‪ .15‬אלקטרון בעל אנרגיה קינטית ‪ 1.22 keV‬נע בתנועה מעגלית במישור‪ ,‬בזוית ישרה ביחס לשדה‬
‫מגנטי אחיד‪ .‬רדיוס המעגל הינו ‪ 50‬ס"מ‪ .‬מהי עוצמת השדה המגנטי?‬
‫‪c. 4.78 × 10-4 T d. 8.34 × 10-4 T e. 1.31 × 10-3 T‬‬
‫‪a. 1.31 × 10-4 T b. 2.36 × 10-4 T‬‬
‫‪ .16‬באיור להלן‪ ,‬מתואר מלבן אחד מתוך ‪ 10‬כריכות מלבניות צפופות‪ .‬צלעות המלבנים באורך ‪ 12‬ס"מ‬
‫ו‪ 5 -‬ס"מ‪ .‬המלבנים נושאים זרם של ‪ , 0.1A‬ותלויים על ציר כמתואר באיור‪ .‬מישור המלבן יוצר‬
‫זווית בת ‪ 33°‬עם כיוון שדה מגנטי אחיד בעוצמה של ‪ .0.50 T‬מהו מומנט הכח הפועל על הלולאה‬
‫סביב הציר?‬
‫‪a. 5.0 × 10-4 N⋅m‬‬
‫‪b. 1.0 × 10-3 N⋅m‬‬
‫‪c. 1.3 × 10-3 N⋅m d. 2.5 × 10-3 N⋅m‬‬
‫‪e. 5.0 × 10-3 N⋅m‬‬
‫‪ .17‬שני תילים ארוכים במרחק ‪ b‬זה מזה נושאים זרמים שווים אנטי‪-‬מקבילים ‪ i‬כמתואר באיור‪ .‬האיור‬
‫מראה רק חתך של התילים‪ ,‬באשר נקודה ואיקס מסמנים את כיוון הזרם‪ .‬מהי עוצמת השדה המגנטי‬
‫בנקודה ‪ P‬הנמצאת במרחק שווה משני התיילים?‬
‫‪µ o ib‬‬
‫) ‪π (2 R 2 + b 2‬‬
‫‪e. 0‬‬
‫)‬
‫‪2 µ o ib‬‬
‫‪π R2 + b2 / 4‬‬
‫(‬
‫= ‪b. B‬‬
‫= ‪d. B‬‬
‫)‬
‫‪2 µ o ib‬‬
‫‪π 4R 2 + b 2‬‬
‫(‬
‫)‬
‫‪µ o ib‬‬
‫‪2‬‬
‫‪π (R + b‬‬
‫‪2‬‬
‫= ‪a. B‬‬
‫= ‪c. B‬‬
‫‪ .18‬לתיל מסוים התנגדות ‪ .R‬מהי ההתנגדות של תיל אחר העשוי מאותה מתכת בעל חצי מהאורך וחצי‬
‫מהקוטר של התיל הראשון?‬
‫‪e. 4R‬‬
‫‪d. 2R‬‬
‫‪c. R‬‬
‫‪b. R/2‬‬
‫‪a. R/4‬‬
‫‪6‬‬
‫‪ .19‬מטען בעל מסה ‪ m‬ומטען ‪ –q‬נזרק עם מהירות ‪ vo‬לאיזור בין שני לוחות מקבילים כמתואר להלן‪.‬‬
‫הפרש הפוטנציאל בין שני הלוחות הוא ‪ V‬וההפרדה ביניהם היא ‪ .d‬מהו השינוי באנרגיה הקינטית‬
‫)‪ (∆Ek‬כתוצאה מהמעבר באיזור?‬
‫‪b. qV + mvo2/2‬‬
‫‪e. –qV‬‬
‫‪a. –qV +mvo2/2‬‬
‫‪d. qV‬‬
‫‪c. mvo2‬‬
‫שאלות ‪ 20-22‬מתייחסות לאיור שלהלן‪ .‬האיור מתאר מוט מוליך באורך ‪ L‬הנמשך לאורך מסילות‬
‫מוליכות חסרות חיכוך במהירות אחידה ‪ .v‬שדה חשמלי אחיד ‪ B‬ממלא את האיזור בו נע המוט‪ .‬הנח כי‬
‫‪ .B = 3.0 T ,L = 40 cm, v = 5.0 m/s‬כמו‪-‬כן הנח כי התנגדות המוט היא ‪ 400 mΩ‬וכי התנגדות‬
‫המסילות זניחה‪.‬‬
‫‪ .20‬מהו הכא"מ המושרה על המוט?‬
‫‪b. 1.2 V c. 2.4 V d. 4.8 V e. 6.0 V‬‬
‫‪a. 0.62 V‬‬
‫‪ .21‬באיזה קצב האנרגיה הפנימית של המוט גדלה?‬
‫‪d. 90 J/s e. 130 J/s‬‬
‫‪b. 43 J/s c. 67 J/s‬‬
‫‪a. 23 J/s‬‬
‫‪ .22‬מהו הכח שיש להפעיל ע"י גורם חיצוני כדי שהמוט יתמיד בתנועתו?‬
‫‪e. 18 N‬‬
‫‪d. 14 N‬‬
‫‪c. 9 N‬‬
‫‪b. 6 N‬‬
‫‪a. 3 N‬‬
‫‪7‬‬
‫‪ .23‬התרשימים הבאים מראים שלושה מעגלים עם סוללות זהות‪ ,‬משרנים זהים ונגדים זהים‪ .‬דרגו אותם‬
‫לפי הזרם דרך הסוללה מיד לאחר סגירת המפסק מהזרם החלש ביותר לזרם החזק ביותר משמאל‬
‫לימין בהתאמה )כלומר ‪ 1,2‬פירושו זרם ‪ 1‬חלש יותר מזרם ‪" .(2‬תיקו" )"‪ ("tie‬מציין כי בשני‬
‫המעגלים זרם התחלתי זהה‪.‬‬
‫‪e. 3, 1, 2‬‬
‫‪d. 1, 2, 3‬‬
‫‪c. 1, 3, 2‬‬
‫‪b. 2 and 3 ties, then 1‬‬
‫‪a. 3, 2, 1‬‬
‫‪ .24‬שני משרנים בעלי השראות ‪ 3.5-mH‬ו‪ 4.5-mH -‬מחוברים במקביל‪ .‬הכא"מ הכולל הוא ‪ .16V‬מהו‬
‫קצב שינוי הזרם במשרן הגדול?‬
‫‪a. 2.0 × 103 A/s b. 3.6 × 103 A/s c. 4.6 × 103 A/s d. 7.0 × 103 A/s e. 8.1 × 103 A/s‬‬
‫‪ .25‬במעגל המתואר מרימים את מפסק ‪ S‬תחילה כדי לטעון את הקבל‪ .‬כאשר מורידים את המפסק‪,‬‬
‫הזרם במעגל יתחיל להתנודד‪ .‬מהי תדירות התנודות ‪?ν‬‬
‫‪a. 318 Hz, b. 0.01 Hz, c. 12.5 Hz d. 2,000 Hz e. Depends on Vo‬‬
‫‪(Constants: c = 3.0 × 108 m/s, g = 9.8 m/s2, εo= 8.85 × 10-12 F/m, µo=1.26 × 10-6 H/m,‬‬
‫‪e = 1.6 × 10-19 C, me = 9.11 × 10-31 kg, mp = 1.67 × 10-27 kg, 1 eV = 1.6 × 10-19 J,‬‬
‫)‪1 k = 10+3, 1 m = 10-3, 1 µ = 10-6, 1 n = 10-9‬‬
‫‪8‬‬