ΛΥΚΕΙΟ ΑΓΙΟΥ ΑΝΤΩΝΙΟΥ ΣΧΟΛΙΚΗ ΧΡΟΝΙΑ ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Transcript

1 ΛΥΚΕΙΟ ΑΓΙΟΥ ΑΝΤΩΝΙΟΥ ΣΧΟΛΙΚΗ ΧΡΟΝΙΑ ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΤΑΞΗ: Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 19/05/2017 ΩΡΑ: 8:00-10:30 πμ Ονοματεπώνυμο μαθητή / μαθήτριας:... Τμήμα:... Υπογραφή διορθωτή:.. Βαθμός:.. / 100. / 20 ΟΔΗΓΙΕΣ: Δεν επιτρέπεται η χρήση διορθωτικού υγρού. Επιτρέπεται η χρήση μη προγραμματισμένης υπολογιστικής μηχανής. Να απαντήσετε τις ερωτήσεις απ' ευθείας στον κενό χώρο κάτω από κάθε ερώτηση. Να γράφετε με μπλε ή μαύρο στυλό. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μολύβι μόνο στα σχήματα και τις γραφικές παραστάσεις. Το γραπτό εξεταστικό δοκίμιο αποτελείται από 14 δακτυλογραφημένες σελίδες. Δίνεται τυπολόγιο στο τέλος του εξεταστικού δοκιμίου. ΜΕΡΟΣ Α : Αποτελείται από 10 (δέκα) ερωτήσεις. Να απαντήσετε ΣΕ ΟΛΕΣ τις ερωτήσεις. Κάθε σωστή απάντηση βαθμολογείται με 5 (πέντε) μονάδες. 1. Κατά τη μελέτη της οριζόντιας βολής με χρήση εικονικού εργαστηρίου στο λογισμικό interactive Physics πήραμε τη διπλανή εικόνα. Τα διαδοχικά στιγμιότυπα προέκυψαν για το ίδιο σώμα, το οποίο βάλλεται από το ίδιο ύψος, αλλάζοντας κάποια παράμετρο στις περιπτώσεις Α, Β και Γ. (α) Να συγκρίνεται τον χρόνο πτήσης των τριών περιπτώσεων οριζόντιας βολής Α, Β, Γ. Να εξηγήσετε τον συλλογισμό σας. (μον. 3) Α Β Γ (β) Να συγκρίνετε την αρχική ταχύτητα των τριών περιπτώσεων οριζόντιας βολής Α, Β, Γ. Να εξηγήσετε το συλλογισμό σας. (μον. 2) Σελίδα 1 από 14

2 2. Σώμα μάζας m είναι στερεωμένο στην άκρη νήματος και εκτελεί ομαλή κυκλική κίνηση ακτίνας r, όπως φαίνεται στο σχήμα. (α) Ποια κίνηση ονομάζεται ομαλή κυκλική; ( μον. 2) r m (β) Να σχεδιάσετε τα διανύσματα της γραμμικής ταχύτητας, της γωνιακής ταχύτητας για το σώμα m. (μον. 1) (γ) Η ομαλή κυκλική κίνηση χαρακτηρίζεται ως επιταχυνόμενη κίνηση. Να δώσετε μια εξήγηση γιατί χαρακτηρίζεται ως επιταχυνόμενη κίνηση. Να σχεδιάσετε το διάνυσμα της επιτάχυνσης για το σώμα m. (μον. 2) 3. Το σχήμα παριστάνει ένα τεχνικό γεωστατικό δορυφόρο να περιστρέφεται σε κυκλική τροχιά. (α) Να αναφέρετε τις προϋποθέσεις που θα πρέπει να πληρούνται, έτσι ώστε ένας δορυφόρος να είναι γεωστατικός. (μον. 3) (β) Να υπολογίσετε το ύψος h πάνω από την επιφάνεια της Γης στο οποίο κινείται ο γεωστατικός δορυφόρος. (μον. 2) Μ r m Σελίδα 2 από 14

3 4. Ένας μοτοσικλετιστής μάζας 76,5 Kg επιχειρεί να εκτελέσει τον γύρο του θανάτου μέσα σε ένα μεγάλο κατακόρυφο κύλινδρο εσωτερικής ακτίνας 15,0 m, χρησιμοποιώντας τη μοτοσικλέτα του μάζας 115 Kg, όπως στην πιο κάτω εικόνα. Ο συντελεστής στατικής τριβής μεταξύ των ελαστικών της μοτοσικλέτας και της κατακόρυφης επιφάνειας είναι μ = 0,775. Να υπολογίσετε το μέτρο της ελάχιστης κυκλικής συχνότητας με την οποία πρέπει να περιστρέφεται το σύστημα μοτοσικλετιστής - μοτοσυκλέτα, έτσι ώστε να μπορεί να διαγράφει οριζόντιες κυκλικές τροχιές στο εσωτερικού του κυλίνδρου. (μον. 5) 5. Ένα σώμα Α, μάζας 1 kg, κινείται από αριστερά προς τα δεξιά με ταχύτητα μέτρου 8 m/s και συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με ένα σώμα Β το οποίο ήταν αρχικά ακίνητο. Μετά την κρούση το συσσωμάτωμα κινείται με ταχύτητα μέτρου 2 m/s προς τα δεξιά. (α) Να υπολογίσετε τη μάζα του σώματος Β. (μον. 2) Σελίδα 3 από 14

4 (β) Στο διπλανό σχεδιάγραμμα φαίνεται η δύναμη που ασκείται από το σώμα Α στο σώμα Β σε σχέση με το χρόνο κατά τη διάρκεια της κρούσης. i. Να σχεδιάσετε στο ίδιο σχεδιάγραμμα τη δύναμη που ασκείται από το σώμα Β στο σώμα Α. (μον. 1) ii. Να δικαιολογήσετε το σχεδιάγραμμά σας. (μον. 1) (γ) Θεωρώντας ως σημείο αναφοράς το σημείο της σύγκρουσης, να βρείτε τη θέση του κέντρου μάζας των δυο σωμάτων ένα δευτερόλεπτο πριν από τη σύγκρουσή τους. (μον. 1) 6. Πλησιάζουμε μια θετικά φορτισμένη ράβδο σε ένα θετικά φορτισμένο ηλεκτροσκόπιο. (α) Να περιγράψετε τι θα παρατηρήσετε στο ηλεκτροσκόπιο. (μον. 1) (β) Να εξηγήσετε τις παρατηρήσεις σας με βάση την κίνηση των φορτίων. (μον. 3) (γ) Τι θα συμβεί αν ακουμπήσουμε το δάκτυλό μας στο δίσκο του ηλεκτροσκοπίου; (μον. 1) Σελίδα 4 από 14

5 7. Δύο μικρές χάντρες με σημειακά φορτία q1 = +q και q2 = +9q κρατούνται σταθερά σε δύο θέσεις που απέχουν απόσταση L. Μια τρίτη χάντρα με φορτίο q3 = +Q που βρίσκεται στο μέσο ανάμεσα στα δύο άλλα φορτία είναι σύρμα ελεύθερη να γλιστρήσει χωρίς τριβές L πάνω στη μονωμένη ράβδο, όπως φαίνεται στο διπλανό σχήμα. q 1 (α) Αν το φορτίο q3 αφεθεί ελεύθερο να γλιστρήσει πάνω στη μονωμένη ράβδο, να εξηγήσετε ποια θα είναι η φορά της κίνησής του. (μον. 2) (β) Μετά από πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα το φορτίο q3 θα βρεθεί σε ηρεμία. Να εξηγήσετε ποια θα είναι η θέση ηρεμίας του. (μον. 3) q 3 q 2 8. Οι λαμπτήρες Λ1, Λ2, Λ3 είναι όμοιοι μεταξύ τους, συμπεριφέρονται σαν ωμικοί αντιστάτες και συνδέονται με πηγή σταθερής τάσης V όπως φαίνεται στο πιο κάτω σχήμα. (α) Να αναφέρετε ποιος ή ποιοι από τους λαμπτήρες Λ1, Λ2, Λ3 φωτοβολούν περισσότερο ή δεν φωτοβολούν, i. αν ο διακόπτης Δ1 είναι κλειστός και ο Δ2 ανοικτός (μον. 1) ii. ο διακόπτης Δ1 είναι ανοικτός και ο διακόπτης Δ2 είναι κλειστός. (μον. 2) (β) Να συγκρίνετε τη φωτοβολία των λαμπτήρων Λ1 και Λ3 μεταξύ τους όταν είναι κλειστοί και οι δύο διακόπτες. Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. (μον. 2) Δ 1 V Λ 2 Λ 1 Λ 3 Δ 2 Σελίδα 5 από 14

6 9. Το κύκλωμα δείχνει μια μπαταρία αμελητέαs εσωτερικής αντίστασης που συνδέεται με τρεις αντιστάσεις. (α) Να υπολογίσετε το ρεύμα I1. (μον. 2) (β) Να υπολογίσετε την αντίσταση R. (μον. 2) (γ) Πώς θα μεταβληθεί η τιμή του ρεύματος που διαρρέει την πηγή αν βραχυκυκλωθεί ο αντιστάτης R; (μον. 1) Σελίδα 6 από 14

7 10. Το πιο κάτω σχήμα δείχνει ένα σύνθετο ηλεκτρικό κύκλωμα. I 1 =0,24Α A I 3 R 1 =200Ω I 2 R 2 =100Ω R 3 E 1 =60V E 2 =48V E 3 =6V (α) Να εφαρμόσετε τους κανόνες του Kirchhoff για να υπολογίσετε την αντίσταση R3. (μον. 4) Δ (β) Να υπολογίσετε τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των σημείων Α και Δ. (μον. 1) ΤΕΛΟΣ Α ΜΕΡΟΥΣ ΑΚΟΛΟΥΘΕΙ ΤΟ Β ΜΕΡΟΣ Σελίδα 7 από 14

8 ΜΕΡΟΣ Β : Αποτελείται από 5 (Πέντε) ερωτήσεις. Να απαντήσετε ΣΕ ΟΛΕΣ τις ερωτήσεις. Κάθε σωστή απάντηση βαθμολογείται με 10 (δέκα) μονάδες. 11. Ένας αστροναύτης της αποστολής Apollo 14 στο φεγγάρι, χτυπά μια μπάλα του γκολφ με το μπαστούνι του, προσδίνοντας της αρχική ταχύτητα 16 ms -1 υπό γωνία 40 0 με την οριζόντια διεύθυνση όπως φαίνεται στην εικόνα. (α) Να υπολογίσετε την αρχική οριζόντια και κατακόρυφη συνιστώσα της ταχύτητας. (μον. 2) (β) Να αναφέρετε την βασική διαφορά μεταξύ των δύο συνιστωσών κατά την διάρκεια της πτήσης της μπάλας. (μον. 1) (γ) Η επιτάχυνση της βαρύτητας στο φεγγάρι είναι 1,6 ms -2. Ας υποθέσουμε ότι χτυπά την μπάλα σε οριζόντιο έδαφος. Να υπολογίσετε: (i) το χρόνο πτήσης, (μον. 2) (ii) την οριζόντια απόσταση που φτάνει η μπάλα, (μον. 1) (iii) το μέγιστο ύψος που θα φτάσει από το έδαφος, (μον. 2) (δ) Ο αστροναύτης πραγματοποιεί ένα όμοιο κτύπημα στην επιφάνεια της Γης. Να δώσετε δύο λόγους που το μέγιστο ύψος που θα φτάσει από το έδαφος θα είναι διαφορετικό. (μον. 2) Σελίδα 8 από 14

9 12. Κατά τη διάρκεια του Κατακλυσμού στην παραλία της Λεμεσού στήθηκε παιχνίδι με περιστρεφόμενα καθίσματα (Σχήμα 1). Σε αυτό το παιγνίδι τα παιδιά περιστρέφονται γύρω από τον κατακόρυφο άξονα με σταθερή γωνιακή ταχύτητα. Το μήκος του σχοινιού (αβαρές και μη εκτατό), που συγκρατεί το κάθισμα είναι μήκους l= 6,00 m. H μάζα του παιδιού μαζί με το κάθισμα είναι m=70,0 Kg. Το παιδί διαγράφει κυκλική τροχιά σε οριζόντιο επίπεδο, με το νήμα να σχηματίζει γωνία φ = 30 Ο με τον κατακόρυφο άξονα. Το σύστημα Σχήμα 1 κάθισμα-παιδί θεωρείται υλικό σημείο. Σχήμα ( (α) Να σχεδιάσετε τις δυνάμεις που ασκούνται στο σύστημα κάθισμα - παιδί του σχήματος 2, να αναλύσετε όποια δύναμη χρειάζεται και να εξηγήσετε ποια δύναμη παίζει τον ρόλο της κεντρομόλου. (μον. 2) g (β) Να αποδείξετε τη σχέση που συνδέει τη γωνία φ με τη γωνιακή ταχύτητα συνφ ω 2 l. (μον. 3) (γ) Να υπολογίσετε τη συχνότητα περιστροφής του συστήματος κάθισμα - παιδί. (μον. 3) (δ) Στον επόμενο γύρο στο ίδιο κάθισμα ανεβαίνει ένα άλλο παιδί όπου μαζί με το κάθισμα έχει μάζα m=100 Kg. Αν η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής είναι ίδια με πριν, πώς θα αλλάξει η γωνία φ; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. (μον. 2) Σελίδα 9 από 14

10 13. Η κρούση μεταξύ δύο σωμάτων μπορεί να χαρακτηρισθεί ως ελαστική ή ανελαστική. Να αναφέρετε τι εννοούμε με τον όρο ελαστική κρούση. (μον. 1) Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των αντικειμένων μπορούν να αναλυθούν χρησιμοποιώντας τον νόμο της διατήρησης της ορμής (α) Ένα πείραμα έχει ρυθμιστεί ώστε να επαληθεύσει ότι διατηρείται η ορμή όταν δύο ενωμένα οχήματα εκρήγνυνται και χωρίζουν. Αρχικά τα δύο οχήματα είναι ακίνητα πάνω σε οριζόντιο διάδρομο και διατηρούνται ενωμένα με την βοήθεια ενός νήματος. Το νήμα κόβεται και η δύναμη μεταξύ των μαγνητών ωθεί τα οχήματα χώρια. Ο υπολογιστής στη συνέχεια, εμφανίζει την ταχύτητα των οχημάτων, καθώς το κάθε όχημα περνά μέσα από μια φωτοπύλη. Καταγράφονται τα ακόλουθα δεδομένα: Μάζα του οχήματος X = 0,70 kg Μάζα του οχήματος Y = 0,30 kg Ταχύτητα οχήματος X μέσα από την φωτοπύλη 1 = 0,51 m s 1 Ταχύτητα οχήματος Y μέσα από την φωτοπύλη 2 = 1,19 m s 1 Να χρησιμοποιήσετε αυτά τα δεδομένα για να δείξετε ότι διατηρείται σε αυτή την αλληλεπίδραση η ορμή. (μον. 2) Σελίδα 10 από 14

11 (β) Στο σχήμα φαίνονται δύο όμοια τρόλεϊ. Αρχικά τα δύο τρόλεϊ είναι σε επαφή και ακίνητα πάνω σε οριζόντιο διάδρομο στον οποίο θεωρούμε ότι οι τριβές είναι αμελητέες. Ένα αβαρές ελατήριο το οποίο είναι ενσωματωμένο στο ένα τρόλεϊ ελευθερώνεται εκτοξεύοντας τα δύο τρόλεϊ προς αντίθετες κατευθύνσεις. Α Β Α Β Α 1,10 m/s Β (i) Να βρείτε την ολική ορμή του συστήματος των δύο τρόλεϊ καθώς απομακρύνεται το ένα από το άλλο. Να εξηγήσετε την απάντησή σας. (μον. 2) (ii) Η μάζα του κάθε τρόλεϊ είναι 0,970 kg. Το τρόλεϊ Β που είναι επιπλέον φορτωμένο με 4 βαρίδια συνολικής μάζας 0,398 kg απομακρύνεται με ταχύτητα 1,10 m/s. Να υπολογίσετε την ταχύτητα του τρόλεϊ Α. (μον. 3) (iii) Να βρείτε την ελαστική δυναμική ενέργεια η οποία ήταν αποθηκευμένη στο ελατήριο πριν την ελευθέρωσή του. Να γράψετε την παραδοχή που κάνετε για τον υπολογισμό αυτό. (μον. 2) Σελίδα 11 από 14

12 14. Το πιο κάτω διάγραμμα δείχνει τις ηλεκτρικές δυναμικές γραμμές σε μια περιοχή ενός ηλεκτροστατικού πεδίου που δημιουργείται από ακίνητα σημειακά ηλεκτρικά φορτία. Το διάγραμμα παριστάνει ένα τμήμα ενός συνθετότερου πεδίου. Τα σημεία Α, Β, Γ, Δ, Ε, Η, Θ, Ι, Κ, και Λ στο διάγραμμα δεν έχουν κάποιο ιδιαίτερο χαρακτηριστικό έχουν τοποθετηθεί τυχαία. (α) Με βάση το πιο πάνω διάγραμμα των ηλεκτρικών δυναμικών γραμμών, να απαντήσετε στα πιο κάτω ερωτήματα. (i) Να γράψετε το είδος των ηλεκτρικών φορτίων που υπάρχουν στο διάγραμμα, αναφέροντας το πλησιέστερο γράμμα που βρίσκεται κοντά τους. (μον. 3) (ii) Να αναφέρετε σε ποιο σημείο, το ηλεκτρικό φορτίο έχει την μεγαλύτερη αλγεβρική τιμή. (μον. 1) (iii) Να προσδιορίσετε σε ποιο από τα σημεία Α, Ε, Ι, Κ και Η, το πεδίο έχει ένταση με το μεγαλύτερο μέτρο. (μον. 1) (iv) Να προσδιορίσετε την κατεύθυνση που θα ακολουθήσει ένα θετικό ηλεκτρικό φορτίο, αν αφεθεί ελεύθερο στο σημείο Θ. (μον. 1) (v) Να σχεδιάσετε την κατεύθυνση της δύναμης που θα δεχθεί ένα αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο, αν αφεθεί ελεύθερο, αριστερά από το σημείο Κ. (μον. 1) (β) Να υπολογίσετε το μέτρο των ηλεκτρικών δυνάμεων Coulomb ανάμεσα στο πρωτόνιο και το ηλεκτρόνιο του ατόμου του υδρογόνου τα οποία απέχουν μεταξύ τους μέση απόσταση r = 5,3 Χ10 11 m. Να υπολογίσετε το μέτρο της δύναμης παγκόσμιας έλξης ανάμεσα στο πρωτόνιο και το ηλεκτρόνιο του ατόμου του υδρογόνου, και να το συγκρίνετε με το μέτρο της δύναμης Coulomb μεταξύ των δύο σωματιδίων. (μον. 3) Σελίδα 12 από 14

13 15. Μια ομάδα μαθητών εκτέλεσαν το πείραμα για τη μέτρηση της Η.Ε.Δ. (Ε) και της εσωτερικής αντίστασης (r) πηγής. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η διάταξη που χρησιμοποίησαν. Βολτόμετρο Αμπερόμετρο Α Μεταβλητή Αντίσταση Δ Γ Β (α) Να σχεδιάσετε μέσα στο πλαίσιο, με σύμβολα, το διάγραμμα του ηλεκτρικού κυκλώματος που χρησιμοποίησαν οι μαθητές. (μον. 2) (β) Ποιος είναι ο ρόλος της μεταβλητής (ρυθμιστικής) αντίστασης στο παραπάνω ηλεκτρικό κύκλωμα; (μον. 2) Στον πίνακα που ακολουθεί φαίνονται οι μετρήσεις των μαθητών κατά την διάρκεια ενός πειράματος. Ένταση ρεύματος I (Ampere) Πολική τάση πηγής VΠ (Volts) (γ) Να σχεδιάσετε στην επόμενη σελίδα σε βαθμολογημένους άξονες τη γραφική παράσταση V f (I). (μον. 3) (δ) Να υπολογίσετε την ηλεκτρεγερτική δύναμη (Ε) και την εσωτερική αντίσταση (r) της πηγής. (μον. 3) Σελίδα 13 από 14

14 ΤΕΛΟΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΟΥ ΔΟΚΙΜΙΟΥ ΕΙΣΗΓΗΤΕΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΤΗΣ ΔΙΕΥΘΥΝΤΡΙΑ Αποστολίδης Θέμης Αποστολίδης Θέμης Μαρία Θεοφάνους Χριστοφόρου Πάρης Σελίδα 14 από 14