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S i l v e rB e l l sS c h o o l P e r i o d i cTe s t -1 P h y s i c s -XI I Ti me :2H o u r s M. M.: 5 0 Ge n e r a l I n s t r u c t i o n s : 1 .S e c t i o nAc o n t a i n so n ema r kq u e s t i o n s ,a n da r emu l t i p l ec h o i c eq u e s t i o n s .s e c t i o nBi sc o mp r e h e n s i o n t y p eq u e s t i o n sc o n t a i n s4ma r k sq u e s t i o n s ,s e c t i o nCc o n t a i n s2ma r k sq u e s t i o n s ,s e c t i o nDc o n t a i n s 3ma r k sq u e s t i o n sa n ds e c t i o nEc o n t a i n s5ma r k sq u e s t i o n sa n de a c hq u e s t i o nh a si t si n t e r n a l c h o i c e t h e ns o l v eo n l yo n ep a r t . 2 .N o t e -I n t e r n a l c h o i c e si ns e c t i o nh a v eg i v e n . 3 .Dr a wn e a ta n dl a b e l l e dd i a g r a mi nq u e s t i o n swh e r ei ti sn e c e s s a r y . S e c t i o n A Mu l t i p l ec h o i c eq u e s t i o n s( o n l yo n eo p t i o ni sc o r r e c t ) -a n y8q u e s t i o n s 1 .F o r c eb e t we e n2c h a r g e si sb e c o me s ,wh e nd i s t a n c eb e c o me sh a l f a )h a l fb )d o u b l ec )2t i me sd )4t i me s . 2 .Th ev a l u eo fR e s i s t a n c eo fi d e a l v o l t me t e r a )z e r ob )v e r yl o wc )v e r yh i g hd )i n f i n i t e 3 .1a mp e r ec u r r e n tf l o wst h r o u g hawi r ef o r0. 2mst h e nt h ea mo n to fc h a r g ei ni t a )2mCb )0. 2mCc )0. 02mCd )2 0mC 4.E l e c t r i cf i e l di n s i d eah o l l o ws p h e r ei s a )q / E ob )z e r oc )s a mea so ns u r f a c ed )n o n e 5 .E l e c t r i cf o r c ed u et oac h a r g ei s a )q Eb )q Ec o s Qc )z e r od )q Es i n Q 6 .3c a p a c i t o r se a c ho f1 5n Fa r ec o n n e c t e di np a r a l l e l t h e ne q u i v a l e n tc a p a c i t a n c ei s a )3 0n Fb )2 0n Fc )45n Fd )5n G 7 .Wh a twi l l b et h er e s i s t a n c ea f t e rt h el e n g t ho fwi r ei st h r i c eo ns t r e t c h i n g a )o n e f o u r t hb )o n e t h i r dc )9t i me sd )3t i me s 8.P o t e n t i a l a tap o i n ti n s i d et h ec o n d u c t o ri s a )c o n s t a n tb )i n c r e a s e sc )d e c r e a s e sd )z e r o 9 .Ca p a c i t a n c ea f t e ri n s e r t i n gad i e l e c t r i cma t e r i a l o fc o n s t a n tk a )d e c r e a s e skt i me sb )i n c r e a s e dkt i me sc )r e ma i n ss a med )z e r o 1 0.Oni n c r e a s i n gs e p a r a t i o nb e t we e np l a t e so fac a p a c i t o r ,t h e nc a p a c i t a n c ewi l l a )i n c r e a s eb )d e c r e a s ec )r e ma i ns a med )d o e sn o td e p e n do ns e p a r a t i o n . Mu l t i p l ec h o i c eo p t i o n sf o rQ.1 1t oQ.1 4a r eg i v e na sb e l o wa )As s e r t i o na n dR e a s o nb o t ha r ec o r r e c ta n dR e a s o ni sc o r r e c te x p l a n a t i o nf o rAs s e r t i o n . b )As s e r t i o na n dR e a s o nb o t ha r ec o r r e c tb u tR e a s o ni sn o tc o r r e c te x p l a n a t i o nf o r As s e r t i o n . c )As s e r t i o ni sf a l s eb u tR e a s o ni st r u e . d )As s e r t i o ni st r u eb u tR e a s o ni sf a l s e . An y3q u e s t i o n s 1 1 .As s e r t i o n -F o r c eb e t we e n2c h a r g e dp a r t i c l e sd o e sn o td e p e n d su p o nme d i u m. R e a s o n -E l e c t r i cf o r c ei sd e p e n d su p o np o s i t i o n so fc h a r g e dp a r t i c l e s . 1 2 .As s e r t i o n -E l e c t r i cf l u xd u et oe l e c t r i cd i p o l ei sz e r o . R e a s o n -N e tc h a r g eo fe l e c t r i cd i p o l ei sz e r o . 1 3 .As s e r t i o n -S p e c i f i cr e s i s t a n c eo fac o n d u c t o ri sc o n s t a n t . R e a s o n -R e s i s t i v i t yi n c r e a s e swi t hl e n g t ho ft h ec o n d u c t o r . . 1 4.P o t e n t i o me t e ri su s e dt ome a s u r ee mfo fac e l l . R e a s o n -I two r k so nt h ep r i n c i p l eo fn u l l d e f l e c t i o n . S e c t i o n-Ba n y1 q u e s t i o n Co mp r e h e n s i o nt y p eq u e s t i o n s ,r e a dt h ep a r a g r a p hc a r e f u l l ya n da n s we r st h ef o l l o wi n gq u e s t i o n s 1 5 .Ac c o r d i n gt oc h a r g ed i s t r i b u t i o n ,wh e nas o l i ds p h e r ei sc h a r g e dd u et ov o l u mec h a r g e dd e n s i t yt h ec h a r g e i su n i f o r ml yd i s t r i b u t e do ni t se n t i r ev o l u me .Th e nt h eb o d yi sc a l l e dc h a r g e d .Wh e nt h es h a p eo fb o d yi sn o n u n i f o r m,t h e nd i f f e r e n tp o i n t si nt h ev o l u meo fs p h e r ewi l l h a v ed i f f e r e n tv o l u mec h a r g ed e n s i t i e s .I fa mo u n t o fc h a r g eo f3n Ci sg i v e no ni t ss u r f a c e , i ft h er a d i u so fs p h e r ei s1 0c m. An s we ra n yf o u rp a r t s a )Dr a wt h eg r a p hv a r i a t i o nb e t we e nt h ee l e c t r i cf i e l da n dd i s t a n c ef o rs o l i ds p h e r e . b )f i n de l e c t r i cf i e l da t2 0c mf r o mc e n t e ro fs p h e r e . c )f i n dv a l u eo fe l e c t r i cp o t e n t i a l i n s i d et h es p h e r e . d )f i n dt h ema g n i t u d eo fe l e c t r i cf i e l da t5c mf r o mc e n t e ro fs p h e r e e )Dr a we l e c t r i cf i e l dl i n e sd u et os o l i ds p h e r e . 1 6 .Ap a r a l l e l p l a t ec a p a c i t o ri su s e dt os t o r ee n e r g yi nt h ef o r mo fe l e c t r i ce n e r g y .At y p eo fc a p a c i t o ri s a l s ok n o wna sc o n d e n s o ri smo s t l yu s e di nh o mea p p l i a n c e s .I ft h ea r e ao fp l a t e si s2 0c m .Th es e p a r a t i o n b e t we e np l a t e si s5mm.Th es p a c eb e t we e nt h ep l a t e si sf i l l e dwi t hs o med i e l e c t r i cme d i u mo fc o n s t a n tk = 6 . Th ec a p a c i t yo fac o n d u c t o ri si n d e p e n d e n to fc h a r g eo ni t .I tr e a mi n sc o n s t a n twh e t h e ri ti sc h a r g e do r u n c h a r g e d . An s we ra n yf o u rp a r t s a )f i n dc a p a c i t yo ft h ea b o v ec a p a c i t o r . b )F i n df o r c eo nac h a r g eo f3mCp l a c e db e t we e nt h ep l a t e s . c )F i n de l e c t r i cf i e l db e t we e np l a t e s . d )f i n di t sc a p a c i t y ,wh e ns e p a r a t i o nb e t we e np l a t e sb e c o me sd o u b l ea n da r e ao fp l a t e sb e c o me sh a l f . e )Dr a we l e c t r i cf i e l dl i n e sb e t we e np l a t e s . S e c t i o n -C(2 -ma r k sq u e s t i o n s )a n y8q u e s t i o n s 1 7 .F i n de l e c t r i cf i e l dd u et oas t r a i g h twi r eo fl e n t h2 0c ma n dh a v i n gl i n e r ac h a r g ed e n s i t yo f5 1 0 C/ mt h e d i s t a n c eo f3 0c mf r o mt h ewi r e . 1 8 .Dr a wt h ed i a g r a mo ft h ee q u i p o t e n t i a l s u r f a c e sd u et oe l e c t r i cd i p o l e .Wh ye l e c t r i cf i e l di sa l wa y s p r e p e n d i c u l a rt ot h e s es u r f a c e s . 1 9 .F i n dwo r kd o n et omo v ea5 00mco ne q u i p o t e n t i a l s u r f a c eo fp o t e n t i a l 2 0v o l t . Or Dr a wt h ed i a g r a mo fe q u i p o t e n t i a l s u r f a c e si nar e g i o no fd e c r e a s i n ge l e c t r i cf i e l da l o n gZ -a x i s 2 0.2c h a r g e s4mca n d9mca r es e p a r a t e db y2 0c m.F i n dt h ep o s i t i o no ft h i r dc h a r g ewh e r en e te l e c t r i c f i e l di sz e r o . 2 1 .Wh a ti sc u r r e n td e n s i t y .Wr i t ei t ' sS I u n i t . F i n di t sr e l a t i o nwi t hr e l a x a t i o nt i me . 2 2 .De f i n ed r i f tv e l o c i t yo fe l e c t r o n s .F i n di t sr e l a t i o n s h i pwi t he l e c t r i cc u r r e n t . 2 3 .F i n dt h er e l a t i o nf o rE MFo fd i f f e r e n tc e l l swh i c hc o n n e c ti np a r a l l e l c o mb i n a t i o n . Or F i n dt h er e l a t i o n s h i pb e t we e nc u r r e n td e n s i t y ,c o n d u c t i v i t ya n de l e c t r i cf i e l d . 2 4.Th er e s i s t a n c eo fac o n d u c t o ri s3 . 2 5o h ma t3 0 Ca n d3 . 9 5o h ma t1 00 C.F i n dt h et e mp e r a t u r e c o e f f i c i e n to fr e s i s t a n c e . 2 5 .F i n dr e l a t i o nb e t we e ni n t e r n a l r e s i s t a n c e ,p o t e n t i a l d i f f e r e n c ea n de mfo fac e l l . S e c t i o n -D( 3 -ma r k sq u e s t i o n s )a n y3q u e s t i o n s 2 6 .F i n dp o t e n t i a l e n e r g yo fas y s t e mo f3p o i n tc h a r g e sa r e2 mc ,4mca n d5 mcp l a c e da tv e r t i c e so f e q u i l a t e r a l t r i a n g l eo fs i d e5c m. 2 7 .De r i v et h ee x p r e s s i o nf o rt o r q u ed u et oe l e c t r i cd i p o l ep l a c e di ne x t e r n a l e l e c t r i cf i e l d .F i n dma x i mu m v a l u eo ft o r q u ea l s o . 2 8 . E x p l a i nt h ewo r k i n go fwh e a s t o n eb r i d g eu n d e ri t sp r i n c i p l e ,c o n s t r u c t i o n .Dr a wi t ' sl a b e l l e dd i a g r a m. 2 9 .Wh a ti st h ep r i n c i p l eo fc a p a c i t o r .F i n dc a p a c i t yo fp a r a l l e l p l a t ec a p a c i t o r . Or F i n de x p r e s s i o nf o rp o t e n t i a l e n e r g yo f2c h a r g e sp l a c e di nt h er e g i o no fe l e c t r i cf i e l d . 3 0.Wh a ti sd i p o l emo me n t .2e q u a l &o p p o s i t ec h a r g e s3 x 1 0^ 7ca r es e p a r a t e db y2 0c mi nE . F .o f2 x 1 0^ 6 N / C.F i n dwo r kt or o t a t ef r o ms t a b l et ou n s t a b l ee q u i l i b r i u m. S e c t i o n E( 5 -ma r k sq u e s t i o n s )a n y2q u e s t i o n s 3 1 .Wh a ti se l e c t r i cf l u x .De r i v ee l e c t r i cf i e l da tap o i n td u et os t r a i g h tc h a r g e di n f i n i t e l yl o n gwi r eh a v i n gl i n e r s c h a r g ed e n s i t y . b )Dr a wv a r i a t i o no fe l e c t r i cf i e l dwi t hd i s t a n c ef o rs t r a i g h twi r e . 0r De f i n ee l e c t r i cd i p o l e .De r i v ee l e c t r i cf i e l da tap o i n to ne q u a t o r i a l l i n ed u et od i p o l ef o ra < < r . b )Wh a ti sd i p o l emo me n t . 3 2 .B yu s i n gGa u s s ' l a w,d e r i v ee x p r e s s i o nf o re l e c t r i ca tt h ep o i n t so fo u t s i d ea n di n s i d eas o l i ds p h e r e . b )F i n dt h er e l a t i o n s h i pb e t we e ne l e c t r i cf i e l da n dp o t e n t i a l . Or F i n de x p r e s s i o nf o rc a p a c i t yo fp a r a l l e l p l a t ec a p a c i t o rwh e nad i e l e c t r i cs l a bi si n s e r t e db e t we e nt h ep l a t e s . b )F i n de n e r g ys t o r e di nac a p a c i t o r . c )F i n dp o t e n t i a l e n e r g yo ft h ec a p a c i t o rh a v i n gp o t e n t i a l o f2 2 0Va c r o s st h ep l a t e sa n dc a p a c i t a n c eo f c a p a c i t o ri s1 2p F . 3 3 .E x p l a i nt h ewo r k i n go fme t r eb r i d g eu n d e rf o l l o wi n g a )p r i n c i p l eo fp o t e n t i o me t e r . b )c o n s t r u c t i o na n dc i r c u i td i a g r a m. c )I ft h ep o s i t i o no fg a l v a n o me t e ra n db a t t e r yc h a n g e s .Wh a th a p p e n st ot h er e a d i n go fg a l v a n o me t e r . Or Wh a ti sp o t e n t i o me t e r .Wr i t ei t ' sp r i n c i p l e . b )De r i v ee x p r e s s i o nf o ri t sp r i n c i p l e c )Co mp a r eE MF ' so fd i f f e r e n tc e l l sb yu s i n gp o t e n t i o me t e r .
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