בגרות פיזיקה חשמל ומגנטיות, קיץ 2022 מועד א'

המערכת נמצאת בתנאי ריק. ההשפעה של המטען הנקודתי על צפיפות המטען המשטחית σ ניתנת להזנחה בשאלה כולה.

סעיף א. בטאו את עוצמת השדה החשמלי, E(x), לאורך ציר ה־x, עבור x>0. השתמשו בפרמטרים Q, σ ובקבועים בסיסיים.

לפניכם גרף המתאר את עוצמת השדה החשמלי, E, בכמה נקודות לאורך ציר ה־x, החל בנקודה x=d. נתון: E(4)=1810 V/m, d=4m.

סעיף ב. (1) חשבו באמצעות הגרף את צפיפות המטען המשטחית, σ. (2) חשבו את גודל המטען הנקודתי Q.

משחררים ממנוחה חלקיק שטעון במטען חיובי מנקודה הנמצאת על החלק החיובי של ציר ה־x. החלקיק נע לאורך ציר ה־x בכיוון החיובי.

סעיף ג. קבעו איזה מן ההיגדים 1–4 שלפניכם נכון, ונמקו את קביעתכם.

1. כשהחלקיק נמצא במרחק גדול מאוד מן המערכת – תנועתו היא שוות תאוצה בקירוב.
2. כשהחלקיק נמצא במרחק גדול מאוד מן המערכת – תנועתו היא שוות מהירות בקירוב.
3. כשהחלקיק נמצא במרחק גדול מאוד מן המערכת – מהירותו מתאפסת.
4. אי אפשר לדעת מהו סוג התנועה בלי לדעת מהי מסת החלקיק.

חשבו את V_d,2d, הפרש הפוטנציאלים בין הנקודה x=d לנקודה x=2d (שתי הנקודות נמצאות על ציר ה־x).

אילו הלוח הטעון היה ממוקם בנקודה x=d/2, האם הפרש הפוטנציאלים בין הנקודה x=d לנקודה x=2d היה גדל, קטן או לא משתנה? נמקו את קביעתכם.

לפניכם חמישה היגדים 1–5. העתיקו למחברת הבחינה רק את ההיגדים הנכונים.

1. הערך של מתח ההדקים תלוי בהתנגדות הפנימית של הסוללה.
2. הערך של מתח ההדקים קטן כאשר ההתנגדות החיצונית של המעגל גדלה.
3. ככל שעוצמת הזרם במעגל גדלה – מתח ההדקים גדל.
4. ערך הכא"מ אינו תלוי בזרם.
5. J/C היא יחידה המבטאת כא"מ.

נתון: כאשר עוצמת הזרם במעגל היא I=1.5A, מתח ההדקים הוא V=18V. כאשר עוצמת הזרם במעגל היא I=2.5A, מתח ההדקים הוא V=16V.

סעיף ב. חשבו את כא"מ הסוללה, ε, ואת התנגדותה הפנימית, r.

חשבו את המרחק של המגע הנייד P מן הקצה N של הנגד המשתנה, כאשר הזרם במעגל הוא I=1.5A.

פירקו את המעגל המתואר בתרשים 1 והרכיבו מאותם הרכיבים מעגל אחר, המתואר בתרשים 2. המגע הנייד P נמצא במיקום שחישבתם בסעיף ג. ענו על סעיפים ד–ה בנוגע למעגל המתואר בתרשים 2.

סעיף ד. האם מתח ההדקים שווה ל-18V, גדול ממנו או קטן ממנו? נמקו את קביעתכם.

(1) האם אפשר למדוד במעגל זה מתח הדקים שערכו V=ε? אם כן – הסבירו כיצד, אם לא – נמקו את קביעתכם. (2) האם אפשר למדוד במעגל זה מתח הדקים שערכו V=0? אם כן – הסבירו כיצד, אם לא – נמקו את קביעתכם.

חשבו את I_1, הוריית המד-זרם במעגל 1, ואת I_2, הוריית המד-זרם במעגל 2.

נתון: הוריית המד-מתח במעגל 1 היא V_1=9⅓V, והוריית המד-מתח במעגל 2 היא V_2=4V.

סעיף ב. חשבו את R_1, ההתנגדות של הנגד המשתנה במעגל 1, ואת R_2, ההתנגדות של הנגד המשתנה במעגל 2.

קבעו באיזה משני המעגלים, מעגל 1 או מעגל 2, ההספק המושקע על ידי מקור המתח גדול יותר, וחשבו פי כמה ההספק המושקע גדול יותר.

קבעו באיזה משני המעגלים, מעגל 1 או מעגל 2, ההספק המבוזבז בתוך מקור המתח גדול יותר, וחשבו פי כמה ההספק המבוזבז גדול יותר.

נצילות המעגל מוגדרת כך: היחס בין ההספק המנוצל על ידי המעגל כולו (נורות ונגד משתנה) לבין ההספק המושקע על ידי מקור המתח. תלמיד טוען שההספק הכולל של הנורות במעגל 1 שווה להספק הכולל של הנורות במעגל 2, ולכן המעגל שבו ההספק המושקע על הנגד המשתנה גדול יותר, הוא המעגל שנצילותו גדולה יותר.

סעיף ה. קבעו אם הטענה נכונה או שגויה. נמקו את קביעתכם.

קבעו באיזה משני המעגלים, מעגל 1 או מעגל 2, הנצילות גדולה יותר. נמקו את קביעתכם.