ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ

1. Το φαινόμενο της παλίρροιας

Αποτέλεσμα των βαρυτικών έλξεων της Σελήνης και του Ήλιου, σε μερικές περιοχές το φαινόμενο της παλίρροιας μπορεί να είναι θεαματικό, όπως συμβαίνει στον κόλπο του Fundy, που δείχνει η φωτογραφία. Αναζητήστε, με τη βοήθεια του καθηγητή σας σχετική βιβλιογραφία για το φαινόμενο. Το θέμα προσφέρεται για μια σύντομη εργασία.

Εικ. 3.14 Το φαινόμενο της άμπωτης και της πλημμυρίδας στον κόλπο του Fundy στον Καναδά.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Ηλεκτρική ροή - Νόμος του Gauss 3.1 Η ηλεκτρική ροή που περνάει από μια κλειστή επιφάνεια εξαρτάται: α) μόνο από το φορτίο που περικλείει η επιφάνεια, β) από το φορτίο που περικλείει η επιφάνεια και από το σχήμα της, γ) από το συνολικό φορτίο που δημιουργεί το πεδίο, δηλαδή από φορτία που βρίσκονται εντός ή εκτός της επιφάνειας, δ) από το συνολικό φορτίο που υπάρχει μέσα και έξω από την επιφάνεια και από το σχήμα της. Επιλέξτε τη σωστή απάντηση. 3.2 Σε μια κλειστή επιφάνεια εισέρχονται περισσότερες δυναμικές γραμμές από όσες εξέρχονται. Τι συμπεραίνετε για το είδος του φορτίου που περικλείει η επιφάνεια; Σχ. 3.54

3.3 Στο σχήμα 3.54 απεικονίζονται τέσσερις κλειστές επιφάνειες Α1, Α2, Α3, Α4 καθώς και τα φορτία +Q, -Q και +3Q. Αν Φ1, Φ2, Φ3 και Φ4 είναι η ηλεκτρική ροή που διέρχεται από την αντίστοιχη επιφάνεια, αντιστοιχίστε στα στοιχεία της πρώτης στήλης στοιχεία της δεύτερης.

-Q/εο Φ1 - 2Q/εο Φ2 - 3Q/εο Φ3 - 0 Φ4 - 4Q/εο - -Q

3.4 Στο εσωτερικό μιας σφαίρας υπάρχουν τα φορτία +Q και -Q. Ποιες από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; α) Η ηλεκτρική ροή που διέρχεται από τη σφαίρα είναι μηδέν. β) Την επιφάνεια της σφαίρας δεν τη διαπερνούν δυναμικές γραμμές. γ) Το μέτρο της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου στην επιφάνεια της σφαίρας είναι μηδέν. δ) Ο αριθμός των δυναμικών γραμμών που εισέρχονται στη σφαίρα είναι ίσος με τον αριθμό των δυναμικών γραμμών που εξέρχονται από αυτήν.

3.5 Ένα σημειακό φορτίο βρίσκεται στο κέντρο σφαιρικής επιφάνειας. Η ηλεκτρική ροή που διέρχεται από την επιφάνεια μεταβάλλεται όταν: α) το φορτίο μετακινηθεί από το κέντρο αλλά παραμένει μέσα στην σφαίρα, β) το φορτίο μετακινηθεί έξω από τη σφαίρα, γ) τοποθετηθεί δεύτερο φορτίο κοντά, αλλά έξω από τη σφαίρα, Επιλέξτε τη σωστή απάντηση.

3.6 Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν και αφορούν στο φορτίο και το ηλεκτρικό πεδίο φορτισμένου σφαιρικού αγωγού είναι σωστές; α) Το φορτίο του αγωγού κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο το χώρο που καταλαμβάνει. β) Στο εσωτερικό του ο αγωγός δεν είναι φορτισμένος. γ) Το πεδίο έξω από τον αγωγό είναι όμοιο με το πεδίο που δημιουργεί ένα σημειακό φορτίο. δ) Στο εσωτερικό του αγωγού, το μέτρο της έντασης είναι αντίστροφα ανάλογο της απόστασης από το κέντρο του σφαιρικού αγωγού.

3.7 Να παρασταθεί γραφικά το μέτρο της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργεί σφαιρικός φορτισμένος αγωγός ακτίνας R, σε συνάρτηση με την απόσταση x από το κέντρο του αγωγού, για x < R και x > R.

Δυναμικό του ηλεκτρικού πεδίου – ενέργεια συστήματος σημειακών φορτίων

3.8 Φορτίο q, μετακινείται μέσα σε ηλεκτρικό πεδίο, από το σημείο Α στο σημείο Β. Το έργο της δύναμης του πεδίου: α) είναι μικρότερο αν το φορτίο ακολουθήσει την πιο σύντομη διαδρομή, β) είναι ίδιο σε όλες της δυνατές διαδρομές, γ) εξαρτάται από την ταχύτητα με την οποία μετακινείται το φορτίο, δ) εξαρτάται από το πόσο χρόνο διαρκεί η μετακίνηση. Επιλέξτε τη σωστή απάντηση.

3.9 Συμπληρώστε τα κενά. Εάν μετακινηθεί ένα σημειακό φορτίο q από σημείο Α σε σημείο Β, μέσα σε ηλεκτρικό πεδίο, το έργο της δύναμης του πεδίου είναι ίσο με το γινόμενο …. …………. …………… των δύο σημείων επί το φορτίο q που μετακινείται. Το έργο αυτό είναι ανεξάρτητο …………………….. που ακολουθεί το φορτίο κατά τη μετακίνησή του από το Α στο Β. Τέτοια πεδία, όπως το ηλεκτρικό, που το έργο τους εξαρτάται μόνο από την αρχική και τελική θέση του σώματος που μετακινείται ονομάζονται ……………………

3.10 Το ηλεκτρονιοβόλτ (eV) είναι α) το φορτίο του ηλεκτρονίου; β) μονάδα δυναμικού; γ) μονάδα έντασης ηλεκτρικού πεδίου; δ) μονάδα έργου ή ενέργειας;

3.11 Το δυναμικό του ηλεκτρικού πεδίου σε ένα σημείο που απέχει απόσταση r από το σημειακό φορτίο στο οποίο οφείλεται το πεδίο είναι -200V. Ένα άλλο σημείο που απέχει απόσταση 2r από το σημειακό φορτίο έχει δυναμικό α) -100V; β) -50V; γ) -200V; δ) -400V; Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

3.12 Δύο σημειακά φορτία +Q και –Q είναι τοποθετημένα στα σημεία Α και Β ευθύγραμμου τμήματος ΑΒ. Ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστή; α) Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο μέσο Μ του τμήματος ΑΒ είναι μηδέν. β) Το δυναμικό του ηλεκτρικού πεδίου στο μέσο Μ του τμήματος ΑΒ είναι μηδέν. γ) Η δυναμική ενέργεια του συστήματος των δύο φορτίων είναι μηδέν. δ) Η δυναμική ενέργεια του συστήματος των δύο φορτίων είναι θετική.

3.13 Διατρέχοντας μια δυναμική γραμμή κατά τη φορά της έντασης, τα δυναμικά α) αυξάνονται, β) ελαττώνονται, γ) έχουν την ίδια τιμή, δ) τίποτα από τα παραπάνω. Επιλέξτε τη σωστή απάντηση.

3.14 Ένα αρνητικό φορτίο, αφήνεται μέσα σε ηλεκτρικό πεδίο. Το φορτίο θα κινηθεί: α) προς τα εκεί που τα δυναμικά αυξάνονται, β) προς τα εκεί που τα δυναμικά μειώνονται, γ) προς την κατεύθυνση που το δυναμικό έχει την ίδια τιμή, δ) η κατεύθυνση στην οποία θα κινηθεί δεν έχει να κάνει με το δυναμικό. Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

3.15 Δικαιολογήστε την πρόταση: «Το δυναμικό ενός ηλεκτροστατικά φορτισμένου αγωγού είναι ίδιο σε όλα του τα σημεία ».

3.16 Να παρασταθεί γραφικά το δυναμικό σφαιρικού αγωγού ακτίνας R, φορτισμένου με θετικό φορτίο Q, σε συνάρτηση με την απόσταση x από το κέντρο του, για x < R και x > R.

Ομογενές ηλεκτρικό πεδίο

3.17 Η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων Α και Β, που βρίσκονται πάνω στην ίδια δυναμική γραμμή μέσα σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο α) δεν εξαρτάται από την απόσταση των σημείων Α και Β, β) είναι ανάλογη με την απόστασή τους, γ) είναι ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασής τους, δ) είναι αντίστροφα ανάλογη με την απόστασή τους. Επιλέξτε τη σωστή απάντηση.

3.18 Ένα ηλεκτρόνιο εκτοξεύεται με ταχύτητα υο παράλληλα στις δυναμικές γραμμές ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου, στην κατεύθυνση των δυναμικών γραμμών. Η κίνηση που θα κάνει είναι: α) ευθύγραμμη ομαλή, β) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη, γ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη, Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

3.19 Ένα ηλεκτρόνιο εκτοξεύεται με ταχύτητα υο κάθετα στις δυναμικές γραμμές ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου. Η κίνηση που θα κάνει α) είναι ευθύγραμμη ομαλή, β) είναι ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη, γ) έχει σταθερή επιτάχυνση, δ) είναι κυκλική. Ποια πρόταση είναι σωστή;

3.20 Η επιτάχυνση που αποκτάει φορτισμένο σωματίδιο μέσα σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο α) μένει σταθερή, β) έχει σταθερό μέτρο αλλά η κατεύθυνση της εξαρτάται από την κατεύθυνση της αρχικής ταχύτητας του σωματιδίου, γ) είναι ανάλογη με τη μάζα του μάζας του, δ) είναι αντίστροφα ανάλογη με το φορτίο του, ε) είναι ανάλογη με την ένταση του πεδίου. Επιλέξτε τις σωστές προτάσεις.

3.21 Πρωτόνια και πυρήνες He (He: ήλιον, ατομικός αριθμός 2, μαζικός αριθμός 4) βάλλονται με την ίδια ταχύτητα κάθετα στις δυναμικές γραμμές ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται από ζεύγος φορτισμένων πλακιδίων. Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές; α) Ο χρόνος κίνησης όλων των σωματιδίων μέσα στο πεδίο είναι ίδιος. β) Η δύναμη που δέχονται οι πυρήνες ηλίου είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη που δέχονται τα πρωτόνια γ) Τα πρωτόνια αποκτούν μεγαλύτερη επιτάχυνση από τους πυρήνες ηλίου. δ) Οι πυρήνες του ηλίου υφίστανται τη μεγαλύτερη εκτροπή.

3.22 Δέσμη ηλεκτρονίων, με την ίδια ταχύτητα, εισέρχεται κάθετα στις δυναμικές γραμμές ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται από ζεύγος φορτισμένων πλακιδίων. Αν αυξηθεί η τάση ανάμεσα στα φορτισμένα πλακίδια που δημιουργούν το πεδίο: 1) Ο χρόνος εξόδου των ηλεκτρονίων από το πεδίο: α) αυξάνεται; β) μειώνεται; γ) παραμένει ίδιος; 2) Η εκτροπή που υφίσταται η δέσμη από το πεδίο: α) αυξάνεται; β) μειώνεται; γ) παραμένει ίδια; Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

3.23 Με ποιο τρόπο παράγονται και επιταχύνονται τα ηλεκτρόνια στον καθοδικό σωλήνα; Σε τι χρησιμεύουν τα πλακίδια απόκλισης στον καθοδικό σωλήνα; Γιατί είναι απαραίτητο στο εσωτερικό του να υπάρχει κενό αέρα;

Πυκνωτής και διηλεκτρικά

3.24 Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή εξαρτάται: α) από το υλικό των οπλισμών του, β) από την τάση των οπλισμών του, γ) από το φορτίο του, δ) από τα γεωμετρικά του χαρακτηριστικά. Ποια πρόταση είναι σωστή;

3.25 Ποιο από τα παρακάτω διαγράμματα παριστάνει 1) τη χωρητικότητα του πυκνωτή σε συνάρτηση με τη τάση του; 2) το φορτίο του πυκνωτή σε συνάρτηση με την τάση του; 3) την ενέργεια του πυκνωτή συναρτήσει της τάσης του;

3.26 Φορτισμένος πυκνωτής έχει ενέργεια 0,2J. Αν διπλασιάσουμε την τάση στους οπλισμούς του η ενέργειά του: α) θα παραμείνει ίδια, β) θα γίνει 0,4J, γ) θα γίνει 0,8J, δ) θα γίνει 1,6J, Επιλέξτε τη σωστή απάντηση.

3.27 Επίπεδος πυκνωτής χωρητικότητας C φορτίζεται και στη συνέχεια αποσυνδέεται από την πηγή που τον φόρτισε. Αν μετά την αποσύνδεση του από την πηγή διπλασιάσουμε την απόσταση των οπλισμών του, τι θα συμβεί με 1) τη χωρητικότητα του; 2) το φορτίο του; 3) την τάση του; Σε κάθε περίπτωση δώστε μία από τις τρεις απαντήσεις: α) αυξάνεται β) μειώνεται γ) δεν μεταβάλλεται.

3.28 Πυκνωτής χωρητικότητας Co φορτίζεται σε πηγή τάσης V και αποκτά φορτίο q. Αν, χωρίς να αποσυνδέσουμε τον πυκνωτή από την τάση που τον φόρτισε, βάλουμε ανάμεσα στους οπλισμούς του διηλεκτρικό σταθεράς Κ, τι θα συμβεί με 1) τη χωρητικότητα του; 2) το φορτίο του; 3) την τάση του; Σε κάθε περίπτωση δώστε μία από τις απαντήσεις: α) δεν μεταβάλλεται β) αυξάνεται Κ φορές γ) μειώνεται Κ φορές.

3.29 Ένας φορτισμένος πυκνωτής έχει αποσυνδεθεί από την πηγή που τον φόρτισε. Γεμίζουμε το χώρο ανάμεσα στους οπλισμούς του με διηλεκτρικό. Ποιο από τα παρακάτω μεγέθη μειώνεται; α) Η χωρητικότητα. β) Το φορτίο του. γ) Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου ανάμεσα στους οπλισμούς. δ) Η τάση των οπλισμών. ε) Κανένα από τα παραπάνω.

3.30 Εξηγήστε γιατί αυξάνεται η χωρητικότητα ενός πυκνωτή όταν μεταξύ των οπλισμών του τοποθετηθεί διηλεκτρικό.

3.31 Συμπληρώστε τα κενά: Αν ένας μονωτής τοποθετηθεί μέσα σε ηλεκτρικό πεδίο πολύ μεγάλης έντασης είναι πιθανό να καταστραφούν οι μονωτικές του ιδιότητες και να γίνει αγωγός. Η χαρακτηριστική τιμή της έντασης στην οποία αντέχει ένας μονωτής ονομάζεται ……………. …………….. και μετριέται σε ……….

3.32 Για ποιους λόγους χρησιμοποιούνται τα διηλεκτρικά στους πυκνωτές;

3.33 Ποιο φαινόμενο ονομάζεται πόλωση του διηλεκτρικού;

3.34 Να αντιστοιχίσετε τα μεγέθη της πρώτης στήλης στις μονάδες της δεύτερης.

1. Ένταση 2. Δυναμικό 3. Ενέργεια 4. Διηλεκτρική αντοχή 5. Χωρητικότητα Α) F Β) V/m Γ) eV Δ) V

Πεδίο βαρύτητας της Γης

3.35 Συμπληρώστε τις προτάσεις: Ένταση του πεδίου βαρύτητας, σε ένα σημείο του, ονομάζεται το σταθερό πηλίκο ……….. ………….., που θα ασκηθεί σε μια μάζα m αν βρεθεί στο σημείο αυτό, προς τη μάζα. Η ένταση είναι ……………… μέγεθος και έχει την ίδια κατεύθυνση με τη δύναμη. Μονάδα έντασης του πεδίου βαρύτητας είναι το ………..

3.36 Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές; α) Η ένταση του πεδίου βαρύτητας σε ένα του σημείο έχει πάντα την κατεύθυνση της δύναμης που θα ασκηθεί σε μια μάζα αν βρεθεί σε εκείνο το σημείο. β) Σε κάθε σημείο του πεδίου βαρύτητας η ένταση ταυτίζεται με την επιτάχυνση της βαρύτητας. γ) Το πεδίο βαρύτητας της Γης είναι ομογενές. δ) Το πεδίο βαρύτητας της Γης είναι ακτινικό και η έντασή του έχει κατεύθυνση προς το κέντρο της. ε) Η ένταση του πεδίου βαρύτητας της Γης μειώνεται αντίστροφα ανάλογα με την απόσταση από το κέντρο της Γης.

3.37 Συμπληρώστε τις προτάσεις: Όταν μια μάζα κινείται στο πεδίο βαρύτητας το έργο της δύναμης του πεδίου είναι ανεξάρτητο της διαδρομής που ακολουθεί το σώμα, εξαρτάται μόνο από ………………. …… ………….. θέση του σώματος. Το πεδίο βαρύτητας, όπως και το ηλεκτρικό πεδίο, είναι πεδίο …………… Την ιδιότητα αυτή του πεδίου βαρύτητας την εκμεταλλευόμαστε για να ορίσουμε το μέγεθος δυναμικό. Ονομάζουμε δυναμικό του πεδίου βαρύτητας της Γης σε ένα σημείο του το σταθερό πηλίκο ……………… της δύναμης του πεδίου κατά τη μετακίνηση μιας μάζας m από το σημείο αυτό στο άπειρο προς ……………………

3.38 Σώμα που βρίσκεται στο Διάστημα, μακριά από τη Γη, κατευθύνεται προς αυτή. Η Γη θεωρείται ακίνητη και χωρίς ατμόσφαιρα και το σώμα, μέχρι να φτάσει στην επιφάνεια της Γης, κινείται ευθύγραμμα. Τι είδους κίνηση θα κάνει, από τη στιγμή που θα μπει στο πεδίο βαρύτητας της Γης μέχρι να φτάσει στην επιφάνειά της; α) Ευθύγραμμη ομαλή; β) Ομαλά επιταχυνόμενη; γ) Επιταχυνόμενη με επιτάχυνση που διαρκώς αυξάνεται; δ) Επιταχυνόμενη με επιτάχυνση που διαρκώς μικραίνει; Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

3.39 Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές; α) Το δυναμικό του πεδίου βαρύτητας της Γης αυξάνεται όταν απομακρυνόμαστε από τη Γη. β) Αν μια μάζα αφεθεί ελεύθερη στο πεδίο βαρύτητας κινείται προς σημεία όπου τα δυναμικά αυξάνονται. γ) Για να μεγαλώσουμε την απόσταση δύο μαζών απαιτείται ενέργεια. δ) Η δυναμική ενέργεια συστήματος σημειακών μαζών είναι πάντα αρνητική.

3.40 Η ταχύτητα διαφυγής: α) είναι ίδια για όλα τα σώματα που εκτοξεύονται από το ίδιο ύψος, β) είναι ανάλογη της μάζας του σώματος που εκτοξεύεται, γ) είναι αντίστροφα ανάλογη με τη μάζα του σώματος που εκτοξεύεται, δ) εξαρτάται από την κατεύθυνση στην οποία ρίχνεται το σώμα (δηλαδή, από το εάν ρίχνεται κατακόρυφα ή πλάγια), ε) είναι μικρότερη σε μεγαλύτερα ύψη. Ποιες προτάσεις είναι ορθές;

3.41 Να γραφούν οι σχέσεις που δίνουν την ένταση, το δυναμικό και την ταχύτητα διαφυγής, σε ύψος h από την επιφάνεια της Γης, σε συνάρτηση με την ακτίνα της (RΓ), την ένταση του πεδίου στην επιφάνειά της (go) και το ύψος h από την επιφάνεια της Γης.

3.42 Η Γη περιστρέφεται σε ελλειπτική τροχιά γύρω από τον Ήλιο. Η μηχανική ενέργειά της διατηρείται ή όχι κατά την περιστροφή της; Αιτιολογήστε την απάντησή σας.