ITAP_Fizik Olimpiyat Okulu

ITAP_Fizik Olimpiyat Okulu
1.Seviye Manyetik_4 Deneme Sınavı: 5 Mart – 8 Mart 2014
01. Willson’un kamerası içinde bir elektronun, şiddeti B=10mT homojen bir manyetik alanda
hareket ettiği yörüngenin fotoğrafı çekiliyor. Bu fotoğrafa göre elektronun yörüngesinin
yarıçapı R=10cm olan bir çemberin yayıdır. Bu deneyde elektronun kinetik enerjisi (eV
olarak) ne kadardır?
A)78(keV)
B)88(keV)
C)98(keV)
D)68(keV)
E)58(keV)
ku
lu
02. Yüklü bir cisim, şiddeti B=0.3T olan homojen bir manyetik alanda v=106m/s hızı ile
yarıçapı R=4cm olan bir çemberde çembersel hareket etmektedir. Cismin enerjisi Ek=12keV
olduğuna göre cismin yükü (q) elektronun yükünün kaç katıdır?
A)1 B)3 C)2 D)5 C)4
pi
y
at
O
03. Bir proton (p) ve bir α-parçacığı, hızlarına dik olan homojen bir manyetik alanlı bölgede
⎛ Tp ⎞
hareketlerine devam etmektedirler. Cisimlerin dönme periyotların oranını ⎜ ⎟ bulunuz.
⎝ Tα ⎠
A)2.0
B)2.5
C)1.0
D)0.5
E)1.5
_F
iz
ik
O
lim
04. Kinetik enerjisi Ek=500(eV) olan bir α-parçacığı, şiddeti B=0.1T, yönü ise cismin hızına
dik olan homojen bir manyetik alanında hareketine devam etmektedir. Manyetik alanda
parçacığa etki eden kuvvetin büyüklüğünü (F), cismin hareket ettiği çemberin yarıçapını (R)
ve dönme periyodunu (T) bulunuz.
A) T = 2.3 ⋅ 10−6 ( s); F = 5 ⋅ 10−15 ( N ); R = 32(mm).
B) T = 1.3 ⋅ 10−6 ( s); F = 6 ⋅ 10−15 ( N ); R = 32(mm).
C) T = 1.3 ⋅ 10−6 ( s); F = 5 ⋅ 10−15 ( N ); R = 42(mm).
D) T = 2.3 ⋅ 10−6 ( s); F = 6 ⋅ 10−15 ( N ); R = 32( mm).
E) T = 1.3 ⋅ 10−6 ( s ); F = 5 ⋅ 10−15 ( N ); R = 32(mm).
AP
05. Kinetik enerjisi Ek, açısal momentumu L = 1.33 ⋅ 10−22 ( J ⋅ s ) olan bir α-parçacığı, şiddeti
B=25mT, yönü ise cismin hızına dik olan homojen bir manyetik alanda hareketine devam
etmektedir. α-parçacığın kinetik enerjisini bulunuz.
A)500(eV)
B)600(eV)
C)700(eV)
D)900(eV)
E)1000(eV)
IT
06. Atom kütleleri 39 ve 41 olan tek yüklü kalium izotopları U=300V gerilimle
hızlandırıldıktan sonra, şiddeti B=0.08T, yönü ise cisimlerin hızına dik olan homojen bir
manyetik alanda hareketine devam etmektedir. Cisimlerin çembersel yörüngelerinin
yarıçaplarını (R1 ve R2) bulunuz.
A)10(cm);10.5(cm) B)20(cm);20.5(cm) C)30(cm);40.5(cm) D)50(cm);50.5(cm)
E)60(cm);60.5(cm)
07. Kütlesi m, yükü q, hızı ise v=106m/s olan bir cisim, şiddeti H=200(kA/m), yönü ise
cismin hızına dik olan homojen bir alanda hareketini devam ettirmektedir. Cisim manyetik
alanda yarıçapı R=8.3cm olan bir çemberde hareket ettiğine göre cismin yük-kütle oranı
( q / m ) ne kadardır? Bu parçacık acaba ne olabilir? Tahmin için aşağıdaki tabloyu kullanınız.
elektron
1.76·1011
q/m (C/kg)
A)1.76·1011 (C/kg)
E)4.8·108(C/kg)
α-parçacığı
4.8·107
proton
9.6·107
B)9.6·107 (C/kg)
C)4.8·107(C/kg)
D)7.8·107(C/kg)
B)6.9(cm)
C)5.9(cm)
D)4.9(cm)
E)3.9(cm)
pi
y
A)7.9(cm)
at
O
ku
lu
08. U=300V gerilimle hızlandırılan bir elektron demeti, yönü elektronlara dik ve şeklin
düzleminden dışarıya doğru, şiddeti ise B=1.46mT olan homojen bir manyetik alan bölgesine
girmektedir. Alanın bölgesi b=2.5cm genişliktedir (şekildeki gibi). Manyetik alan yokken
elektron demeti, manyetik kutuptan l=5cm uzakta bulunan ekranın A noktasında odaklanıyor.
Manyetik alan varken elektron demeti ekranın B noktasına odaklanıyor. Verilere göre iki
odak noktası arasındaki x=AB mesafesini bulunuz.
IT
AP
_F
iz
ik
O
lim
09. Şiddetleri, sırasıyla H=8kA/m ve E=1kV/m olan bir mıknatıslayıcı ve elektrik homojen
alanların yönleri aynıdır. Bir elektron v=105m/s hızı ile bu elektromanyetik alana
girmektedir. Elektronun ivmesini (a) ve ivmenin teğet (at) ve merkezi (an) bileşenlerini
hesaplayınız eğer: (a)elektronun ilk hızı elektrik alanına paralel; (b)elektronun ilk hızı
elektrik alana diktir.
⎧⎪(a) at = 4.76 ⋅ 1014 (m / s 2 ); an = 0; a = 4.76 ⋅ 1014 (m / s 2 )
A) ⎨
14
2
14
2
14
2
⎪⎩(b) at = 4.76 ⋅ 10 (m / s ); an = 4.77 ⋅ 10 (m / s ); a = 9.5 ⋅ 10 (m / s )
⎧⎪(a) at = 3.76 ⋅ 1014 (m / s 2 ); an = 0; a = 3.76 ⋅ 1014 (m / s 2 )
B) ⎨
14
2
14
2
14
2
⎪⎩(b) at = 3.76 ⋅ 10 (m / s ); an = 3.77 ⋅ 10 (m / s ); a = 5.3 ⋅ 10 (m / s )
⎧⎪(a) at = 2.76 ⋅ 1014 (m / s 2 ); an = 0; a = 2.76 ⋅ 1014 (m / s 2 )
C) ⎨
14
2
14
2
14
2
⎪⎩(b) at = 2.76 ⋅ 10 (m / s ); an = 2.77 ⋅ 10 (m / s ); a = 3.9 ⋅ 10 (m / s )
⎧⎪(a) at = 1.76 ⋅ 1014 (m / s 2 ); an = 0; a = 1.76 ⋅ 1014 (m / s 2 )
D) ⎨
14
2
14
2
14
2
⎪⎩(b) at = 1.76 ⋅ 10 (m / s ); an = 1.77 ⋅ 10 (m / s ); a = 2.5 ⋅ 10 (m / s )
⎧⎪(a) at = 0.76 ⋅ 1014 (m / s 2 ); an = 0; a = 0.76 ⋅ 1014 (m / s 2 )
E) ⎨
14
2
14
2
14
2
⎪⎩(b) at = 0.76 ⋅ 10 (m / s ); an = 0.77 ⋅ 10 (m / s ); a = 1.0 ⋅ 10 (m / s )
10. Şiddetleri sırasıyla B=0.5mT ve E=1kV/m olan bir mıknatıslayıcı ve elektrik homojen
alanları birbirine diktir. Hızı v olan bir elektron demeti bu elektromanyetik alana girmektedir
ve bu hız elektrik (E) ve manyetik (B) alanın vektörlerinden oluşan düzleme diktir. Deneyde
elektromanyetik alanın etkisine rağmen demet hareket yönünü değiştirmiyor. Buna göre
demetteki elektronların hızı v ne kadardır? Eğer E=0 olsaydı manyetik alanında oluşan
yörüngenin yarıçapı ne kadar olacaktı?
B)5·106(m/s);57(mm)
C)4·106(m/s);46(mm)
A)6·106(m/s);69(mm)
E)2·106(m/s);23(mm)
D)3·106(m/s);34(mm)
ku
lu
11. U=6kV gerilimle hızlandırılan bir elektron şiddeti B=13mT olan homojen bir manyetik
alanlı bölgeye girmektedir. Elektronun hızı ile ve manyetik alanın yönü arasındaki açı (v ve
ile B arasında) α=300 'dir, dolayısıyla elektronun manyetik alan bölgesinde yörüngesi bir
spiraldir (şekildeki gibi). Bu verilere göre spiralin çapı (R) ve adımı (h) ne kadardır?
at
O
A)R=1cm; h=11cm. B)R=2cm; h=12cm. C)R=3cm; h=13cm. D)R=4cm; h=14cm.
E)R=5cm; h=15cm.
B)431(eV)
_F
A)331(eV)
iz
ik
O
lim
pi
y
12. Bir proton bilinen bir hız ile şiddeti B=0.1T olan homojen bir manyetik alanlı bölgeye
giriyor. Protonun hızı ile ve manyetik alanın yönü arasındaki açı (v ve ile B arasında) α=300
'dir, dolayısıyla protonun manyetik alanlı bölgede yörüngesi spiraldir (şekildeki gibi).
Spiralin yarıçapı R=1.5cm olduğuna göre protonun kinetik enerjisi (Ek) ne kadardır?
C)531(eV)
D)631(eV)
E)731(eV)
IT
AP
13. Plakalarının uzunluğu l=5cm, aralarındaki mesafe d=1cm, elektrik alanın şiddeti ise
E=10kV/m olan yatay şekilde bulunan paralel plakalı bir kondansatörün içine yatay yönde
v0=107m/s ilk hızı ile bir elektron girmektedir. Elektron, kondansatörden çıktığında, şiddeti
B=10mT, yönü ise elektrik alanın yönüne dik (şekilde x-yönde) olan homojen bir manyetik
alanlı bölgeye giriyor. Manyetik alanlı bölgedeki yörüngesi spiral olan elektronun
yörüngesinin yarıçapını (R) ve spiralin adımını (h) bulunuz. Yer çekim kuvvetini ihmal
ediniz.
A)R=10mm; h=72mm.
D)R=5mm; h=40mm.
B)R=15mm; h=108mm.
E)R=10mm; h=80mm.
C)R=5mm; h=36mm.
14. U=3kV gerilimle hızlandırılmış bir elektron, uzunluğu l=25cm, amper-sarım sayısı ise
IN = 5000 A ⋅ sarım olan bir solenoidin içine girmektedir. Girişte, elektronun hızı ile
solenoidin ekseni arsındaki açı α = 300 dir. Bobin içinde elektronun yaptığı spiral yörüngenin
yarıçapını (R) ve adımını (h) bulunuz.
A)R=6.7(mm); h=4(cm).
B)R=5.7(mm); h=4(cm).
C)R=4.7(mm); h=4(cm).
D)R=3.7(mm); h=4(cm).
E)R=2.7(mm); h=4(cm).
O
ku
lu
15. Kalınlığı a=0.5mm, yüksekliği ise b=10mm olan bakır bir plakada S=ab kesit alanında
I=20A bir akım geçmektedir. Akıma ve kesit alanın b kenarına dikey olarak şiddeti B=1T
olan bir manyetik alan oluşturuluyor. Sonuç olarak akıma ve plakaya yüksekliği boyunca
U=3.1μV büyüklükte bir gerilim oluşuyor. Bu deneye göre bakırda birim hacimde elektron
sayısı (n) ve elektronların hızı (v) ne kadardır?
A)v=0.31(mm/s); n=8.06·1023(m-3) B)v=0.41(mm/s); n=8.06·1028(m-3)
C)v=0.51(mm/s); n=8.06·1028(m-3) D)v=0.21(mm/s); n=8.06·1027(m-3)
E)v=0.31(mm/s); n=8.06·1028(m-3)
lim
pi
y
at
16. Kalınlığı a=0.1mm, yüksekliği ise b olan alüminyum bir plakada S=ab kesit alanında
I=5A bir akım geçmektedir. Akıma ve kesit alanın b kenarına dikey olarak şiddeti B=0.5T
olan bir manyetik alan oluşturuluyor. Sonuç olarak akıma ve plakaya yüksekliği boyunca
bilinen bir U gerilimi oluşuyor. Alüminyumda birim hacimde elektron sayısı atom sayısına
eşit olduğunu kabul ederek yukarıdaki verilere göre gerilim U ne kadardır?
A)2.71(μV) B)3.71(μV) C)4.71(μV) D)5.71(μV) E)6.71(μV)
iz
ik
O
17. Kalınlığı a=0.2mm, öz direnci ise ρ = 10μΩ ⋅ m olan yarıiletken bir plaka, şiddeti B=1T,
yönü ise plakaya dik olan bir manyetik alana yerleştiriliyor. Plaka boyunca, alana dik yönde
I=0.1A’lik bir akım geçiriliyor. Plakanın dikeyi boyunca U=3.25mV bir gerilim oluşuyor.
Buna göre yarıiletkende akıyı oluşturan parçacıkların mobilite kat sayısını bulunuz.
B)0.65(m2/V·s)
C)0.75(m2/V·s)
D)0.85(m2/V·s)
A)0.55(m2/V·s)
2
E)0.95(m /V·s)
_F
18. Şiddeti B=0.1T olan homojen bir manyetik alanda uzunluğu l=10cm olan bir tel v=15m/s
sabit hızı ile hareket etmektedir. Telin hızı alana diktir. Teldeki indüksiyon emk’sını bulunuz.
A)0.05(V)
B)0.10(V)
C)0.15(V)
D)0.20(V)
E)0.25(V)
IT
AP
19. Çapı D=10cm, sarım sayısı N=500 olan bir bobin manyetik alanda bulunmaktadır. t=0.1s
sürede manyetik alanın şiddeti 0’dan 2T’ya kadar artıyor. Bu süreçte bobinde indüksiyon
emk’sının ortalama değerini bulunuz.
A)48.5 (V) B)58.5 (V)
C)68.5 (V)
D)78.5 (V) E)88.5 (V)
20. Kanat uçları arasındaki mesafe l=12.5m olan bir uçak v=950Km/h sabit hızı ile yatay
yönde uçmaktadır. Kanatların uçları arasındaki oluşan gerilimi (U) bulunuz. (Dünyanın
mıknatıslayıcı alanın dikey bileşeni yaklaşık H=39.8A/m dir).
A)0.565(V) B)0.465(V) C)0.365(V) D)0.265(V) E)0.165(V)
21. Şiddeti B=0.05T olan homojen bir manyetik alanda, uzunluğu l=1m olan yatay bir çubuk
w=20rad/s sabit açısal hız ile dönmektedir. Dönme ekseni çubuğun ucundan geçen manyetik
alanın yönündedir.(yani manyetik alan çubuğun döndüğü düzleme diktir.) Çubuğun uçları
arasındaki gerilimi bulunuz.
A)0.5(V)
B)1.5(V)
C)2.0(V)
D)2.5(V)
E)3.0(V)
22. İç çapı D=50mm olan bir boruda sabit yatay v hızı ile iletken bir sıvı akmaktadır.
Borunun eksenine dik olarak şiddeti B=0.01Tl homojen bir manyetik alanı uygulanıyor ve
borunun yatay çapının uçlarında ε = 0.25(mV ) büyüklükte bir indüksiyon emk’ı oluşuyor.
Buna göre sıvının hızı ne kadardır?
A)0.4(m/s) B)0.5(m/s)
C)0.6(m/s)
D)0.7(m/s) E)0.8(m/s)
ku
lu
23. Telden yapılmış bir çemberin alanı S=0.01m2 dir ve çemberin düzlemi şiddeti B=1Tl olan
homojen bir manyetik alana diktir. Alan sıfırdan maksimum değerine τ = 10(ms ) süre içinde
oluşturulduğuna göre çemberde oluşan indüksiyon emk’ın ortalama büyüklüğü ne kadardır?
A)0.1(V)
B)0.5(V)
C)1(V)
D)0.01(V)
E)0.05(V)
A)21.3(V)
B)31.4(V)
lim
pi
y
at
O
24. Şiddeti B=0.1T olan homojen yatay bir manyetik alanda, sarım sayısı N=100, kesit alanı
düzlem, büyüklüğü ise S=0.01m2 olan bir bobin yatay ve manyetik alana dik olan bir eksene
göre sabit f = 5s −1 frekansla dönmektedir (şekildeki gibi). Bobinde oluşan indüksiyon
emk’sını zamanın fonksiyonu olarak bulunuz ve emk’ın büyüklüğünün maksimum değerini
hesaplayınız.
C)41.5(V)
D)51.6(V)
E)61.7(V)
O
25. Şiddeti B=0.8T olan homojen yatay bir manyetik alanda, alanı düzlem, büyüklüğü ise
S=150cm2 olan bir çerçeve yatay ve manyetik alanla β = 300 açı yapan bir eksene göre sabit
ik
ω = 15rad ⋅ s −1 açısal frekansla dönmektedir. Çerçevede oluşan indüksiyon emk’sını zamanın
IT
AP
_F
iz
fonksiyonu olarak bulunuz ve emk’ın büyüklüğünün maksimum değerini hesaplayınız.
A)0.11(V)
B)0.10(V)
C)0.09(V)
D)0.08(V)
E)0.07(V)