Νέα τράπεζα θεμάτων φυσικής προσανατολισμού Β λυκείου 21097

techician working

Ο τεχνίτης – δημιουργός δουλεύει με το μοντέλο του, στη προσπάθεια να μιμηθεί την φύση, να του δώσει κίνηση.

Σας παρουσιάζουμε μια άσκηση από την κίνηση φορτίων σε πεδίο Coulomb.

Επιστρέψτε στη σελίδα που φιλοξενεί όλα τα θέματα.

ΘΕΜΑ Δ

Σημειακό ηλεκτρικό φορτίο Q = 0,4 μC βρίσκεται σταθερά στερεωμένο στο σημείο Α λείου οριζόντιου επιπέδου. Το δάπεδο είναι κατασκευασμένο από μονωτικό υλικό. Τοποθετούμε στο σημείο Β του οριζόντιου επιπέδου, ένα σημειακό φορτισμένο αντικείμενο Σ, το οποίο έχει μάζα m = 2 mg και ηλεκτρικό φορτίο q = 2·10-8 C, και στη συνέχεια το αφήνουμε ελεύθερο, όπως φαίνεται στο σχήμα.

21097 b kat

Να υπολογίσετε:

Δ1. την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια του συστήματος, σημειακό ηλεκτρικό φορτίο Q – σημειακό φορτισμένο αντικείμενο Σ, όταν το Σ βρίσκεται στο σημείο Β.

Δ2. το έργο της ηλεκτρικής δύναμης που δέχεται το φορτισμένο αντικείμενο Σ από το φορτίο Q, κατά τη μετακίνηση του αντικειμένου Σ από το σημείο Β στο σημείο Γ.

Δ3. την ταχύτητα με την οποία φτάνει το αντικείμενο Σ στο σημείο Γ. Θεωρούμε ότι η μοναδική δύναμη που ασκείται στο Σ είναι η δύναμη Coulomb.

Δ4. την ταχύτητα του φορτισμένου αντικειμένου Σ, μόλις αυτό φτάσει σε σημείο εκτός του ηλεκτρικού πεδίου του σημειακού φορτίου Q. Θεωρούμε ότι η μοναδική δύναμη που ασκείται στο Σ είναι η δύναμη Coulomb.

Δίνονται ότι (ΑΒ) = (ΒΓ) = 1 m, και η ηλεκτρική σταθερά kc = 9∙109 N∙m/ C.

Λύση

Δ1.

21097 b kat_1

Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια του συστήματος των Q, q :

(H δυναμική ενέργεια ορίζεται μόνο σε σύστημα φορτίων)

UQ,q = kc·Q·q / r ⇒ UQ,q = 9∙109∙4·10-7∙2·10-8 / 1 ⇒ UQ,q = 72·10-6 joule .

Δ2.

21097 b kat_2a

Ο ορισμός της διαφοράς δυναμικού :

V = WFc , B → Γ / q ⇒ WFc , B → Γ = q·V ⇒ WFc , B → Γ = q·(VB – VΓ) ⇒ WFc , B → Γ = q·(kc·Q / (AB) – kc·Q / (AΓ)) ⇒ WFc , B → Γ = 2·10-8·(9∙109∙4·10-7 / 1 – 9∙109∙4·10-7 / 2) ⇒ WFc , B → Γ = 36·10-6 joule .

Δ3.

21097 b kat_2b

Θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας στο σώμα Σ από την θέση Β στη Γ:

(άλλη μορφή της αρχής διατήρησης της ενέργειας που ισχύει παντού)

ΔΚ = WFc , B → Γ ⇒ Kτελ – Καρχ = WFc , B → Γ ⇒ ½·m·υΓ² – 0 = WFc , B → Γ ⇒ υΓ² = 2·WFc , B → Γ / m ⇒ υΓ = √(2·36·10-6 / 2·10-6) ⇒ υΓ = 6 m / s .

Δ4.

21097 b kat_3

Αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας :

(άλλη έκφραση της αρχής διατήρησης της ενέργειας που ισχύει σε σύστημα που δρουν διατηρητικές δυνάμεις, σαν την δύναμη Coulomb)

Eαρχ = Eτελ ⇒ Kαρχ + Uαρχ = Kτελ + Uτελ ⇒ 0 + UQ,q = ½·m·υ² + 0 ⇒ υ = √(2·UQ,q / m) ⇒ υ = √(2·72·10-6 / 2·10-6) ⇒ υ = 6·√2 m / s .

Προτείνουμε η άσκηση να δοθεί στους μαθητές σαν εργασία για το σπίτι.

Επιστρέψτε στη σελίδα που φιλοξενεί όλα τα θέματα.

Advertisements

2 thoughts on “Νέα τράπεζα θεμάτων φυσικής προσανατολισμού Β λυκείου 21097

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s