ITAP_Fizik Olimpiyat Okulu 1.Seviye Manyetik_4 Deneme Sınavı: 5 Mart 8 Mart 2014

Transkript

1 1.Seviye Manyetik_4 Deneme Sınavı: 5 Mart 8 Mart 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) 02. Yüklü bir cisim, şiddeti B=0.3T olan homojen bir manyetik alanda v=10 6 m/s hızı ile yarıçapı R=4cm olan bir çemberde çembersel hareket etmektedir. Cismin enerjisi E k =12keV olduğuna göre cismin yükü (q) elektronun yükünün kaç katıdır? A)1 B)3 C)2 D)5 C)4 03. Bir proton (p) ve bir α-parçacığı, hızlarına dik olan homojen bir manyetik alanlı bölgede T p hareketlerine devam etmektedirler. Cisimlerin dönme periyotların oranını bulunuz. T α A)2.0 B)2.5 C)1.0 D)0.5 E) Kinetik enerjisi E k =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 = ( s); F = 5 10 ( N); R = 32( mm). B) T = ( s); F = 6 10 ( N); R = 32( mm). C) T = ( s); F = 5 10 ( N); R = 42( mm). D) T = ( s); F = 6 10 ( N); R = 32( mm). E) T = ( s); F = 5 10 ( N); R = 32( mm) Kinetik enerjisi E k, açısal momentumu L = ( 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) 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 (R 1 ve R 2 ) 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=10 6 m/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. ( )

2 elektron proton α-parçacığı q/m (C/kg) A) (C/kg) B) (C/kg) C) (C/kg) D) (C/kg) E) (C/kg) 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. A)7.9(cm) B)6.9(cm) C)5.9(cm) D)4.9(cm) E)3.9(cm) 09. Şiddetleri, sırasıyla H=8kA/m ve E=1kV/m olan bir mıknatıslayıcı ve elektrik homojen alanların yönleri aynıdır. Bir elektron v=10 5 m/s hızı ile bu elektromanyetik alana girmektedir. Elektronun ivmesini (a) ve ivmenin teğet (a t ) ve merkezi (a n ) bileşenlerini hesaplayınız eğer: (a)elektronun ilk hızı elektrik alanına paralel; (b)elektronun ilk hızı elektrik alana diktir. = ( m/ s ); an = 0; a = ( m/ s ) A) = ( m/ s ); an = ( m/ s ); a = ( m/ s ) = ( m/ s ); an = 0; a = ( m/ s ) B) = ( m/ s ); an = ( m/ s ); a = ( m/ s ) = ( m/ s ); an = 0; a = ( m/ s ) C) = ( m/ s ); an = ( m/ s ); a = ( m/ s ) = ( m/ s ); an = 0; a = ( m/ s ) D) = ( m/ s ); an = ( m/ s ); a = ( m/ s ) = ( m/ s ); an = 0; a = ( m/ s ) E) = ( m/ s ); an = ( m/ s ); a = ( 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? A) (m/s);69(mm) B) (m/s);57(mm) C) (m/s);46(mm) D) (m/s);34(mm) E) (m/s);23(mm)

3 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=30 0 'dir, dolayısıyla elektronun manyetik alan bölgesinde yörüngesi bir spiraldir (şekildeki gibi). Bu verilere göre spiralin çapı (R) ve adımı (h) ne kadardır? 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. 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=30 0 'dir, dolayısıyla protonun manyetik alanlı bölgede yörüngesi spiraldir (şekildeki gibi). Spiralin yarıçapı R=1.5cm olduğuna göre protonun kinetik enerjisi (Ek) ne kadardır? A)331(eV) B)431(eV) C)531(eV) D)631(eV) E)731(eV) 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 v 0 =10 7 m/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. B)R=15mm; h=108mm. C)R=5mm; h=36mm. D)R=5mm; h=40mm. E)R=10mm; h=80mm.

4 14. U=3kV gerilimle hızlandırılmış bir elektron, uzunluğu l=25cm, amper-sarım sayısı ise IN = 5000A sarım olan bir solenoidin içine girmektedir. Girişte, elektronun hızı ile 0 solenoidin ekseni arsındaki açı α = 30 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). 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= (m -3 ) B)v=0.41(mm/s); n= (m -3 ) C)v=0.51(mm/s); n= (m -3 ) D)v=0.21(mm/s); n= (m -3 ) E)v=0.31(mm/s); n= (m -3 ) 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) 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. A)0.55(m 2 /V s) B)0.65(m 2 /V s) C)0.75(m 2 /V s) D)0.85(m 2 /V s) E)0.95(m 2 /V s) 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) 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)

5 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) 23. Telden yapılmış bir çemberin alanı S=0.01m 2 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) 24. Şiddeti B=0.1T olan homojen yatay bir manyetik alanda, sarım sayısı N=100, kesit alanı düzlem, büyüklüğü ise S=0.01m 2 olan bir bobin yatay ve manyetik alana dik olan bir eksene 1 göre sabit f = 5s frekansla dönmektedir (şekildeki gibi). Bobinde oluşan indüksiyon emk sını zamanın fonksiyonu olarak bulunuz ve emk ın büyüklüğünün maksimum değerini hesaplayınız. A)21.3(V) B)31.4(V) C)41.5(V) D)51.6(V) E)61.7(V) 25. Şiddeti B=0.8T olan homojen yatay bir manyetik alanda, alanı düzlem, büyüklüğü ise S=150cm 2 0 olan bir çerçeve yatay ve manyetik alanla β = 30 açı yapan bir eksene göre sabit 1 = 15rad s açısal frekansla dönmektedir. Çerçevede oluşan indüksiyon emk sını zamanın ω 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)