Φυσική Γενικής Παιδείας

Β΄ Λυκείου 2004

Το πρώτο θέμα

Για τις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης

και δίπλα σε κάθε αριθμό το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση

1. Μια ιδιότητα των δυναμικών γραμμών του ηλεκτρικού πεδίου είναι ότι:

α. τέμνονται

β. απομακρύνονται από τα αρνητικά φορτία και κατευθύνονται προς τα θετικά

γ. είναι κλειστές

δ. είναι πιο πυκνές στις περιοχές που η ένταση του πεδίου έχει μεγαλύτερο μέτρο

Μονάδες 5

2. Ηλεκτροστατικό πεδίο Coulomb ονομάζουμε το πεδίο που δημιουργείται από

α. κινούμενο φορτίο β. ηλεκτρικό ρεύμα

γ. Ένα ακίνητο σημειακό ηλεκτρικό φορτίο

δ. Μεταβολή μαγνητικής ροής

Μονάδες 5

3. Ο 1^ος κανόνας του Kirchhoff είναι συνέπεια της αρχής διατήρησης

α . της ενέργειας β. του ηλεκτρικού φορτίου γ. της ορμής δ. της μάζας

Μονάδες 5

4. Παραμαγνητικά υλικά χαρακτηρίζονται τα υλικά που:

α. έχουν μαγνητική διαπερατότητα λίγο μεγαλύτερη της μονάδας

β. έχουν μαγνητική διαπερατότητα πολύ μεγαλύτερη της μονάδας

γ. έχουν μαγνητική διαπερατότητα μικρότερη της μονάδας

δ. Όταν τοποθετηθούν σε ένα μαγνητικό πεδίο μηδενίζουν την έντασή του. λίγο μεγαλύτερη της μονάδας.

Μονάδες 5

Να γράψετε στο τετράδιό σας το γράμμα της πρότασης και δίπλα τη λέξη που τη συμπληρώνει σωστά:

α. Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος εκφράζει το ρυθμό διέλευσης του . . . . . . . . . . από μία διατομή του αγωγού.

Μονάδες 1

β. Το μέγεθος που εκφράζει την εξάρτηση της αντίστασης του αγωγού από το υλικό του αγωγού και από τη θερμοκρασία του ονομάζεται . . . . . . . αντίσταση του υλικού

Μονάδες 1

γ. Η ηλεκτρεγερτική δύναμη μιας πηγής εκφράζει την . . . . . . . . ανά μονάδα ηλεκτρικού φορτίου που προσφέρει η πηγή στο κύκλωμα.

Μονάδες 1

δ. Το . . . . . . . . . . . ρεύμα έχει τέτοια φορά ώστε το μαγνητικό του πεδίο να αντιτίθεται στο αίτιο που το προκαλεί.

Μονάδες 1

ε. Η επιτάχυνση ενός σώματος που εκτελεί γραμμική αρμονική ταλάντωση είναι . . . . . όταν το σώμα διέρχεται από τη θέση ισορροπίας του

Μονάδες 1

Το δεύτερο θέμα

2.1 Η δύναμη Coulomb που ασκείται μεταξύ δύο σημειακών ηλεκτρικών φορτίων q₁ και q₂, τα οποία βρίσκονται σε απόσταση r, έχει μέτρο F. Αν διπλασιαστούν τα φορτία καθώς και η μεταξύ τους απόσταση, τότε το μέτρο της δύναμης Coulomb θα είναι:

α. F β. 2F γ. F/2

Μονάδες 2

Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας

Μονάδες 4

Παρατήρηση : Η χρήση του όρου «ΔΥΝΑΜΗ ΜΕΤΑΞΥ ΔΥΟ ΦΟΡΤΙΩΝ» δημιουργεί μαθησιακά προβλήματα κατανόησης της έννοιας ΔΥΝΑΜΗ.

Μια πρόταση για τη διατύπωση :

Η δύναμη την οποία ασκεί ένα ακίνητο σωματίδιο με σημειακό φορτίο q₁ σε ένα άλλο ακίνητο σωματίδιο με σημειακό φορτίο q₂ έχει μέτρο F εφόσον τα δύο σωματίδια βρίσκονται σε ορισμένη απόσταση. Σε περίπτωση που τα δύο σωματίδια βρεθούν σε διπλάσια απόσταση και το φορτία τους είναι 2q₁ και 2q₂ αντίστοιχα, η δύναμη την οποία θα ασκεί το ένα από τα σωματίδια στο άλλο θα έχει μέτρο: α. F β. 2F γ. F/2

2.2 Δύο ομογενείς μεταλλικοί αγωγοί Α και Β από το ίδιο υλικό στην ίδια θερμοκρασία, έχουν την ίδια ηλεκτρική αντίσταση, αλλά ο αγωγός Α έχει διπλάσιο εμβαδόν διατομής από τον αγωγό Β. Ο λόγος των μηκών των δύο αγωγών Α και Β αντίστοιχα είναι:

α. 2 β. 4 γ. 1/2

Μονάδες 2

Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας

Μονάδες 4

Μια πρόταση για τη διατύπωση :

Δύο λεπτοί κυλινδρικοί αγωγοί Α και Β είναι από το ίδιο μέταλλο, βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία, έχουν την ίδια ηλεκτρική αντίσταση και ο αγωγός Α έχει διπλάσιο εμβαδόν διατομής από τον αγωγό Β. Ο λόγος των μηκών των δύο αγωγών Α και Β αντίστοιχα είναι: α. 2 β. 4 γ. 1/2

2.3 Στον κενό χώρο μεταξύ των οριζόντιων οπλισμών επίπεδου πυκνωτή απόστασης L που έχει φορτιστεί με τάση V αιωρείται μία αρνητικά φορτισμένη σταγόνα λαδιού με μικρό φορτίο q υπό την επίδραση της βαρυτικής δύναμης και της δύναμης που της ασκείται από το ηλεκτρικό πεδίο του πυκνωτή.

Αν μεγαλώσουμε την απόσταση μεταξύ των οπλισμών του πυκνωτή διατηρώντας την τάση σταθερή, η σταγόνα θα :

α. συνεχίσει να αιωρείται

β. κινηθεί προς τα επάνω

γ. κινηθεί προς τα κάτω

Μονάδες 2

Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας

Μονάδες 4

Προβλήματα στη διατύπωση και στο σχήμα

1. Η χρήση του ΑΙΩΡΕΙΤΑΙ, δημιουργεί ενδεχομένως σε ορισμένους – ελάχιστους – κάποιο πρόβλημα διότι το ΑΙΩΡΕΙΤΑΙ μολονότι έχει διπλή σημασία παραπέμπει ΚΑΙ στην κίνηση του εκκρεμούς η οποία χαρακτηρίζεται ΑΙΩΡΗΣΗ

2. Το ΜΙΚΡΟ φορτίο δεν έχει νόημα. Σε σχέση με τι είναι μικρό;

3. Η διατύπωση ΟΠΛΙΣΜΟΙ ΠΥΚΝΩΤΗ ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ L δεν . . .

4. Η χρήση του παρακειμένου ΕΧΕΙ ΦΟΡΤΙΣΤΕΙ ΜΕ ΤΑΣΗ V, δεν μεταφέρει εύκολα το μήνυμα ότι εξακολουθεί να βρίσκεται υπό την ίδια τάση. Και το σχήμα δεν το δείχνει.

Πρόταση για τη διατύπωση και για το σχήμα :

Οι οριζόντιοι οπλισμοί ενός επίπεδου πυκνωτή συνδέονται με τους πόλους μιας μπαταρίας όπως στο σχήμα . Στον χώρο μεταξύ των δύο οπλισμών επίπεδου πυκνωτή διατηρείται ακίνητη μία αρνητικά φορτισμένη σταγόνα λαδιού υπό την επίδραση της βαρυτικής δύναμης και της δύναμης που της ασκείται από το ηλεκτρικό πεδίο του πυκνωτή.

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Αν μεγαλώσουμε την απόσταση μεταξύ των οπλισμών του πυκνωτή διατηρώντας τη σύνδεση με τους πόλους της μπαταρίας, η σταγόνα θα :

α. συνεχίσει να είναι ακίνητη β. κινηθεί προς τα επάνω γ. κινηθεί προς τα κάτω

2.4 Συρμάτινο πλαίσιο αντίστασης R βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Το πλαίσιο απομακρύνεται εκτός του μαγνητικού πεδίου σε χρόνο t διατηρώντας το επίπεδό του κάθετο στις μαγνητικές γραμμές του πεδίου, με αποτέλεσμα να μετακινηθεί φορτίο Q μέσα από τη διατομή του σύρματος. Αν απομακρύνουμε το πλαίσιο από το πεδίο με τον ίδιο τρόπο σε χρόνο 2t , τότε το φορτίο που θα περάσει από τη διατομή του σύρματος είναι : α. Q/2 β. Q γ. 2Q

Μονάδες 2

Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας

Μονάδες 4

Αποδεκτή απάντηση: Σύμφωνα με τον νόμο του Neumann «Το ηλεκτρικό φορτίο που μετατοπίζεται σε ορισμένη μεταβολή της μαγνητικής ροής είναι ανεξάρτητο από το χρονικό διάστημα που διαρκεί η μεταβολή».

Παρατήρηση 1: Ο νόμος του Neumann είναι πειραματικός νόμος ο οποίος επαληθεύεται με γαλβανόμετρο. Σύμφωνα με τις σχετικές μετρήσεις ανεξάρτητα του «πόσο γρήγορα» θα απομακρύνουμε ένα πηνίο από το μαγνητικό πεδίο το ηλεκτρικό φορτίο που θα μετρηθεί θα έχει την ίδια τιμή.

Παρατήρηση 2. Ο Franz Neumann ήταν Γερμανός φυσικός της γενιάς του Faraday και συνέβαλλε σημαντικά στην οικοδόμηση γνώσεων για το φαινόμενο ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Το όνομά του διαβάζεται Νόιμαν και όχι Νιούμαν

Παρατήρηση 3. Αποδεκτές βέβαια πρέπει να θεωρηθούν και οι απαντήσεις που θα βασίζονται στην εφαρμογή του νόμου της επαγωγής, του νόμου του Ohm και της εξίσωσης ορισμού του μεγέθους ένταση ρεύματος.

Παρατήρηση 4. Δυστυχώς πρέπει να κάνουμε αποδεκτή και την απάντηση που θα βασίζεται μόνο στη σχέση

Q = │ΔΦ│/ R χωρίς καμία αναφορά στο τι ακριβώς συμβαίνει, μολονότι με την απάντηση αυτή δεν αξιολογείται παρά το «εάν έχει απομνημονεύσει μια σχέση με σύμβολα».

Το τρίτο θέμα

Σώμα Σ είναι δεμένο στη μία άκρη κατακόρυφου ιδανικού ελατηρίου σταθεράς k = 100 N/m του οποίου η άλλη άκρη είναι ακλόνητα στερεωμένη σε οροφή. Το σύστημα διεγείρεται σε κατακόρυφη αρμονική ταλάντωση, απουσία τριβών, και η απομάκρυνσή του από τη θέση ισορροπίας δίνεται από την εξίσωση y= 0,2ημ10t ( S.I. ). Να υπολογίσετε:

α. την περίοδο της ταλάντωσης του σώματος

Μονάδες 8

β. Το μέτρο της μέγιστης ταχύτητάς του

Μονάδες 8

γ. Το μήκος απλού εκκρεμούς το οποίο έχει τριπλάσια περίοδο από την περίοδο ταλάντωσης του σώματος Σ.

Μονάδες 9

Δίνονται π= 3,14 και g = 10m/ s² .

Το τέταρτο θέμα

(Σημ. Τα υπογραμμισμένα αναφέρονται σε αδυναμίες της διατύπωσης)

Το κύκλωμα του σχήματος αποτελείται από πηγή με ΗΕΔ ε= 100 V και άγνωστη εσωτερική αντίσταση r, από δύο αντιστάτες με αντιστάσεις R₁ και R₂ ίσες με10Ω η καθεμιά και από σωληνοειδές με ωμική αντίσταση R_Π= 2 Ω, που έχει 100 σπείρες/m και εμβαδόν κάθε σπείρας

10-3/π m² . Στο κύκλωμα έχει αποκατασταθεί σταθερό ρεύμα και στον αντιστάτη R₁ εκλύεται με σταθερό ρυθμό θερμότητα 16. 000 J σε χρόνο 100s.

Να υπολογίσετε :

α. την ένταση του ρεύματος που διαρρέει την πηγή.

Μονάδες 4

β. την εσωτερική αντίσταση της πηγής.

Μονάδες 6

γ. τη μαγνητική ροή που διέρχεται από μια σπείρα του που βρίσκεται στο μέσον του σωληνοειδούς

Μονάδες 5

Στην περίπτωση που στο αρχικό κύκλωμα είναι συνδεδεμένη παράλληλα με τον αντιστάτη αντίστασης R₂ μια θερμική συσκευή με χαρακτηριστικά λειτουργίας “90 W – 30 V” , να βρείτε :

δ. την ωμική αντίσταση της συσκευής

Μονάδες 4

ε. την ισχύ που καταναλίσκει η συσκευή στο κύκλωμα.

Μονάδες 6

Μια πρόταση για τη διατύπωση

Α. Το κύκλωμα του σχήματος αποτελείται από πηγή με ηλεκτρεγερτική δύναμη 100 V και άγνωστη εσωτερική αντίσταση, από δύο αντιστάτες με αντιστάσεις R₁ και R₂ ίσες με10Ω η καθεμιά και από ένα σωληνοειδές με ωμική αντίσταση 2 Ω. Το σωληνοειδές έχει 100 σπείρες ανά μέτρο μήκους και το εμβαδόν κάθε σπείρας είναι 10-3/π m² . Στο κύκλωμα έχει αποκατασταθεί σταθερό ρεύμα και στον αντιστάτη R₁ σταθερή θερμοκρασία. Διαπιστώνεται ότι ο αντιστάτης μεταβιβάζει στο περιβάλλον, με σταθερό ρυθμό, θερμότητα 16. 000 J σε χρόνο 100 s.

Να υπολογίσετε :

α. την ένταση του ρεύματος που διαρρέει την πηγή.

β. την εσωτερική αντίσταση της πηγής.

γ. τη μαγνητική ροή που διέρχεται από μια σπείρα του σωληνοειδούς.

B. Στη συνέχεια, στο αρχικό κύκλωμα, συνδέουμε παράλληλα με τον αντιστάτη αντίστασης R₂ μια

θερμική συσκευή με χαρακτηριστικά λειτουργίας “90 W – 30 V”. Σας ζητούμε να υπολογίσετε :

δ. την ωμική αντίσταση της θερμικής συσκευής

ε. την ισχύ που καταναλίσκει η θερμική συσκευή στο κύκλωμα.