2018 A/L Physics Past Paper · Question 50 (Tamil Medium)

Answer: (4) $V_B = +3$ kV, $V_C = +2.6$ kV, $V_D = -2.8$ kV

வினா என்ன கேட்கிறது

கண்டுபிடிக்க வேண்டியது: உரு (b) இன் $v$–$t$ வளையியைத் தரும் வோல்ற்றளவுகள் $V_B$, $V_C$, $V_D$.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

மின்புலமொன்றில் இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையிலான அழுத்த வித்தியாசம் என்பது, குறைவான அழுத்தம் உள்ள புள்ளியொன்றிலிருந்து கூடுதலான அழுத்தம் உள்ள ஒரு புள்ளி வரையில் ஓரலகு நேர் ஏற்றத்தைக் கொண்டு செல்லும்போது செய்யப்படும் வேலையாகும்.

இலத்திரன் $A$ இல் ($V = 0$) நிலையாக இருந்து தொடங்குகிறது.

அழுத்தம் $V$ உள்ள இடத்தில் அதன் இயக்கச் சக்தி

$$\tfrac12 mv^2 = eV$$

ஆகவே அது கூடிய அழுத்தத்தை நோக்கி ஆர்முடுகும்.

அழுத்தம் குறையும் இடத்தில் அதன் வேகம் குறையும்.

$V = 0$ ஆகும் இடத்தில் அது நின்று திரும்பும்.

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

உரு (b) ஐ மூன்று பகுதிகளாக வாசிப்போம்.

$A$ இலிருந்து $B$ வரை: வேகம் கூடுகிறது. ஆகவே $V_B > 0$.

$B$ இலிருந்து $C$ வரை: வேகம் மெதுவாகக் குறைகிறது. ஆகவே $V_C$, $V_B$ இலும் சற்றுக் குறைவு. ஆனால் அது இன்னும் நேர்.

$C$ இலிருந்து $D$ வரை: வேகம் விரைவாகக் குறைந்து இலத்திரன் திரும்புகிறது. ஆகவே $C$ இற்கும் $D$ இற்கும் இடையே எங்கோ $V = 0$. அதற்கு $V_D < 0$ வேண்டும்.

காரணம் / கணக்கீடு

ஒவ்வொரு தெரிவையும் சோதிப்போம்.

தெரிவு (1): $V_B < 0$. இலத்திரன் $A$ ஐ விட்டுச் செல்ல முடியாது.

தெரிவு (2): $V_C < 0$. இலத்திரன் $B$ இற்கும் $C$ இற்கும் இடையே திரும்புகிறது. அது மிக முன்னதாக.

தெரிவு (3): $V_D > 0$. அழுத்தம் ஒருபோதும் $0$ ஆவதில்லை. இலத்திரன் திரும்புவதில்லை.

தெரிவு (4): $+3 > +2.6 > 0 > -2.8$. மூன்று பகுதிகளும் பொருந்துகின்றன.

தெரிவு (5): $V_C > V_B$. இலத்திரன் $B$ இற்கும் $C$ இற்கும் இடையே ஆர்முடுகுகிறது.

ஆகவே தெரிவுகள் (1), (2), (3), (5) ஒவ்வொன்றும் உரு (b) இன் ஒரு பகுதியுடன் பொருந்தவில்லை.

தெரிவு (4) மட்டுமே மூன்று பகுதிகளுடனும் பொருந்துகிறது.

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

இத்தெரிவில் $V_B = -3$ kV.

இத்தெரிவில் $V_C = -2.6$ kV.

இத்தெரிவில் $V_D = +200$ V.

இத்தெரிவில் $V_C = +3.2$ kV. அது $V_B$ இலும் கூடுதல்.

முடிவு

எஞ்சுவது தெரிவு (4) மட்டுமே: $V_B = +3$ kV, $V_C = +2.6$ kV, $V_D = -2.8$ kV.

தெரிவு (4) ஐச் சோதிப்போம்.

$C$ இல் இயக்கச் சக்தி $2.6$ keV.

$C$ இலிருந்து $D$ வரை அழுத்தம் $+2.6$ kV இலிருந்து $-2.8$ kV ஆகக் குறைகிறது. ஆகவே இடையில் அது $0$ ஆகிறது.

அங்கு இலத்திரன் நிற்கிறது. பின்னர் அதே வழியே $A$ இற்குத் திரும்புகிறது.

$V_B = +3$ kV, $V_C = +2.6$ kV, $V_D = -2.8$ kV.

விடை தெரிவு (4).

ஆராய்க

$O$ இல் ஒரு நிலையான இலத்திரன் உருவாக்கப்படுகிறது. தகடு $A$ புவியுடன் தொடுக்கப்பட்டுள்ளது ($0$ V).

$B$ இல் $+3$ kV. இலத்திரன் $B$ ஐ நோக்கி ஆர்முடுகி அதன் துளையினூடாகச் செல்கிறது.

$B$ இலிருந்து $C$ வரை அழுத்தம் சற்றுக் குறைகிறது ($+2.6$ kV). இலத்திரனின் வேகம் மெதுவாகக் குறைகிறது.

$C$ இற்குப் பின் அழுத்தம் விரைவாகக் குறைந்து $D$ இல் $-2.8$ kV ஆகிறது. அழுத்தம் $0$ ஆகும் இடத்தில் இலத்திரன் நின்று திரும்புகிறது.

அது அதே வழியே திரும்பி $A$ இல் மீண்டும் நிற்கிறது. அதுவே உரு (b). ஆகவே தெரிவு (4).