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_________________________________________________________________________________________ Física Teórica II Primeira Prova – 2º. semestre de 2014 – 06/09/2014 ALUNO ______________________________________________________ TURMA _______ PROF. _______________________ _________________________________________________________________________________________________________________________ ATENÇÃO LEIA ANTES DE FAZER A PROVA 1 – Assine a prova antes de começar. 2 - Os professores não poderão responder a nenhuma questão, a prova é autoexplicativa e faz parte da avaliação o entendimento da mesma. 3 – A prova será feita em 2 horas, impreterivelmente, sem adiamento, portanto, seja objetivo nas suas respostas. A prova consiste em 20 questões objetivas (múltipla escolha). Questões objetivas: 1 - Deverão ser marcadas com caneta. 2 - Não serão aceitas mais de duas respostas a não ser que a questão diga explicitamente isto. 3 - Caso você queira mudar sua resposta explicite qual é a correta. CASO ALGUMA QUESTÃO SEJA ANULADA, O VALOR DA MESMA SERÁ DISTRIBUIDO ENTRE AS DEMAIS. Boa Prova NOTA DA PROVA A 01) (0,5 ponto) Um condutor, carregado com carga Q, possui uma cavidade esférica em seu interior. Nessa cavidade, há duas partículas, de cargas q e −q. Chame de região I o espaço fora do condutor, de região II o condutor, e de região III a cavidade. Qual das opções a seguir descreve corretamente o comportamento do campo elétrico nas três regiões? (a) EI = 0, EII 0 e EIII 0. (b) EI 0, EII 0 e EIII 0. (c) EI 0, EII = 0 e EIII 0. (d) EI = 0, EII = 0 e EIII = 0. (e) EI 0, EII = 0 e EIII = 0. 02) (0,5 ponto) Uma esfera isolante com carga positiva Q uniformemente distribuída é envolvida por uma casca esférica, concêntrica, condutora, e de carga positiva q , com raio interno a e raio externo b (b > a). A densidade superficial de carga na parede interna da casca condutora vale: (a) 0 . h =carga na parede interna/área da parede interna (b) −Q/4πa2. h =−Q/4πa2. (c) +Q/4πa2. (d) −Q/4πb2. (e) +Q/4πb2. (f) (Q + q)/4πa2. (g) (Q + q)/4πb2 03) (0,5 ponto) Qual é o trabalho necessário para formarmos a configuração abaixo com três partículas, todas com a mesma carga q, supondo que tais partículas estão, de início, infinitamente afastadas? (a) 6k0q2/a. W = U12+U13+U23 ; U=kqq'/r (b) 5k0q2/a. W = kq1q2 /a+kq1q3 /a+kq2q3 /a (c) 4k0q2/a. Como q1=q2=q3=q (d) 3k0q2/a. (e) 2k0q2/a. W = 3kq2 /a 04) (0,5 ponto) Considere as seguintes afirmativas: (I) No interior de um condutor em equilíbrio eletrostático, o potencial elétrico é sempre nulo. (II) Se o campo elétrico é nulo em um determinado ponto do espaço, o potencial elétrico também será nulo nesse ponto. (III) Se o potencial elétrico é nulo em um determinado ponto do espaço, o campo elétrico também deve ser nulo nesse ponto. Qual(is) delas é(são) verdadeira(s)? (a) Apenas a I. (b) Apenas a II. (c) Apenas a III. (d) Apenas a I e a II. (e) Apenas a I e a III. (f) Apenas a II e a III. (g) Todas são verdadeiras. (h) Nenhuma é verdadeira. 05) (0,5 ponto) A figura apresenta cinco pontos A, B, C, D, E e duas cargas elétricas iguais e de sinais opostos, todos contidos no plano da página. Em qual dos pontos indicados na figura o campo elétrico é mais intenso? (a) A As linhas de campo estão mais próximas (b) B (c) C (d) D (e) E 06) (0,5 ponto) Um plano infinito não condutor, carregado com densidade superficial de carga σ1, repousa sobre o plano xy. Um segundo plano infinito, de densidade σ2, está sobre o plano xz. O campo elétrico resultante em um certo ponto tem componente x nula e forma um ângulo de 600 com o plano xy. (ver figura) Quanto vale a razão entre as densidades superficiais de carga dos planos σ1/σ2 ? E 2 E 1 (a) 3 E.da = q int /e 0 EA=sA/ e 0 E=s/ e 0 (b) 3/2 (c) 3/3 tgq = tg 60º = 3 = E 1 /E 2 = s 1 /s 2 (d) 0,5 (e) 2/2 07) (0,5 ponto) A figura apresenta uma superfície (casca) esférica condutora carregada positivamente e dois pontos A e B, ambos no plano da página. Nessa situação, pode-se afirmar que: (a) o potencial elétrico em B é maior do que em A. (b) um elétron em A tem maior energia potencial elétrica do que em B. (c) o campo elétrico no ponto A é mais intenso do que no ponto B. (d) o potencial elétrico em A é igual ao potencial elétrico em B. (e) o trabalho realizado para deslocar um elétron de A para B com velocidade constante é nulo. 08) (0,5 ponto) Para comparar duas cargas elétricas, q1 e q2, coloca-se uma de cada vez à mesma distância de uma outra carga fixa e medem-se os módulos das forças elétricas, F1 e F2 , exercidas pela carga fixa sobre q1 e q2 , respectivamente. Obtendo-se F1 = 4F2 , qual a razão (q1 /q2 ) entre as cargas? (a) ¼ F 1 = kqq 1 /r2 ; F 2 = kqq 2 /r2 (b) 1/2 (c) 1 F 1 = 4F 2 kqq 1 /r2 = 4 kqq 2 /r2 (d) 2 (e) 4 q 1 /q 2 = 4 09) (0,5 ponto) O campo elétrico E representado na figura está dirigido ao longo do eixo z. Ele é uniforme na direções x e y mas sua intensidade varia em função de z (em outras palavras E=E(z)). Considere uma superfície fechada esférica de raio r como ilustrado a figura. As intensidades do campo elétrico nos lados esquerdo e direito da esféra são, respectivamente, E1 e E2. A carga elétrica Q envolvida pela esféra é dada por: (a) Q =(E2+E1 ) ε0 r2/2 E.da = qint/e0 (b) Q =(E2+E1 )4 ε0 r2 (c) Q =(E2–E1 )4 ε0 r2 E1 .da1 + E2 .da2 = Q/e0 (d) Q =(E2– E1 )2 ε0 r2 (e) Q =(E2+E1 )2 ε0 r2 E1 A1 + E2 A2 = Q/e0 (f) Q =(E2+E1 )/4 ε0 r2 (g) Q =(E2– E1 ) r2/2ε0 como A1=A2=4pr 2/2 (E 2 E 1 )4pr2/2= Q/e 0 Q =(E2– E1 )2 ε0 r2 10) (0,5 ponto) Um dipolo eléctrico rígido é livre para mover-se no campo eléctrico representado na figura. Qual das seguintes frases descreve com mais precisão o movimento inicial do dipolo se ele é liberado a partir do repouso na posição mostrada? (a) Ele se move para a esquerda. (b) Ele se move para a direita. (c) Não se mover. (d) Desloca-se para a parte superior da página. (e) Ele se move em direção à parte inferior da página. (f) Ele começa a girar no sentido horário. (g) Ele começa a girar no sentido anti-horário. 11) (1,0 ponto) Uma esfera condutora maciça de raio R1 está carregada com uma carga +q. Ela é circundada por uma casca esférica concêntrica, também condutora, de raio interno R2 e raio externo R3 , que está carregada com uma carga –q de mesmo módulo. O vetor unitário r representa a direção radial, com o sentido dirigido para fora do centro da esfera. 11-a) (0,5 ponto) Assinale a opção que especifica as cargas nas superfícies de raio R2 e R3. (a) q2 = –q; q3= 0 –q2 (b) q2 = 0; q3= –q (c) q2 =–q; q3= +q (d) q2 = –2q; q3= +q (e) q2 = –q; q3= –2q +q1 11-b) (0,5 ponto) Assinale a opção que especifica, corretamente os campos elétricos nas regiões II (R1<r<R2), III (R2<r<R3) e IV (r>R3). (a) EII=E(r)r; EIII= 0; EIV = 0. (b) EII=E(r)r; EIII= 0; EIV=E(r) r. (c) EII=E(r)r; EIII= 0; EIV= -E(r)r. (d) EII=E(r)r; EIII= -E(r)r; EIV = 0. (e) EII=E(r)r; EII =E(r)r; EIV=E(r)r. 12) (0,5 ponto) O gráfico na figura mostra a variação do potencial eléctrico V (medido em volts), em função de r (medida em metros). Assinale a opção que representa a região onde a magnitude do campo eléctrico é máxima? E = - dV/dr (a) entre r = 0 m e r = 3 m (b) entre r = 3 m e r = 4 m (c) entre r = 4 m e r = 5 m (A região com maior inclinação) (d) entre r = 5 m e r = 6 m (e) entre r = 6 m e r = 10 m 13) (0,5 ponto) Uma carga pontual de +1,0 C se move do ponto A para o ponto B na presença de um campo elétrico uniforme, como mostrado na figura. Qual das seguintesafirmações, sobre a energia potencial desta carga pontual, é verdadeira? (a) A energia potencial aumenta de 6,010-6 J. (b) A energia potencial diminui de 6,010-6 J. (c) A energia potencial aumenta de 9,010-6 J. (d) A energia potencial diminui de 9,010-6 J. (e) A energia potencial aumenta de 10,810-6 J. (f) A energia potencial diminui de 10,810-6 J. DU = – W = – q E .dl =– qEDx =– 110 -633 = – 910-6 J A energia potencial diminui 14) (0,5 ponto) O gráfico abaixo representa o módulo do campo elétrico dentro de uma esfera sólida e isolante, a uma distância r do centro da esfera. A distribuição de carga é positiva e homogênea ao longo de todo o volume. Sabendo que o raio da esfera é de 3cm, qual é o valor do potencial elétrico sobre a superfície da esfera, considerando que o potencial é nulo no centro da esfera, ou seja, em r = 0cm. DV = – E .dl = – Área sob a curva (a) +7500V DV = – (0,03-0)(5105-0)/2 (b) –7500V (c) +7400V DV = – 7500 = V(3cm)– V(0cm) (d) –7400V (e) nulo V(3cm)=– 7500 + V(0cm) como V(0cm)=0 V(3cm)=– 7500 V 15) (1,0 ponto) Duas cargas de sinais opostos e iguais magnitudes Q=8mC são mantidas a uma distância de 2,0m entre si, como mostrado na figura.(k =1/4πε0 = 9×109 N ∙ m2/C2) 15-a) (0,5 ponto) Assinale a opção que representa a magnitude do campo elétrico no ponto P. (a) 9000 V/m |E+|=|E– |= k|Q|/r 2= 9109810-6/42 (b) 4500 V/m |E + |=|E – |=4500V/m (c) 36000 V/m (d) 2250 V/m |E+ x|=|E – x| |E+|i+|E– |i=0 (e) zero V/m |E + y|=|E – y| E=|E + |cosq j+|E – |cosq j =2|E + |cosq j =2|E + |1/4 j =|E + |/2 j =4500/2 j = 2250 j 15-b) (0,5 ponto) Assinale a opção de representa o potencial elétrico no ponto P. (a) 1,8 ×104 V V+= kQ/r+ ; V– = kQ/r– (b) 3,6 ×104 V (c) 4.5 ×104 V como r + = r – =4,0m e |Q| = |– Q|=8mC (d) 9.0 ×103 V (e) zero volts V=V++V– = kQ/r– kQ/r = 0 16) (0,5 ponto) Qual é o trabalho efetuado por uma força externa para levar uma carga de +6.0 µC , que se encontra inicialmente na posição B, seguindo o caminho B, A, C, D, E, F até o ponto G. Wext=+DU= qDV (a) +2.4 × 10–3 J W ext =qDV= q(V G – V B ) (b) zero joules (c) +1.2 × 10–3 J Wext= +610 -6 (– 400 – 0) (d) –1.2 × 10–3J (e) –2.4 × 10–3 J W ext = – 240010-6 = – 2,410-3 J 17) (1,0 ponto) A figura ao lado mostra as linhas de campo elétrico de duas cargas puntiformes q1 e q2, separadas por uma pequena distância. 17-a) (0,5 ponto) determine a razão q1 /q2 ; (a) 1/2 (b) 1/3 fluxo F = q/e 0 nº de linhas de campo (c) 1/6 (d) 2 q 1 /q 2 = 6 linhas/ 18 linhas = 1/3 (e) 3 (f) 6 17-b) (0,5 ponto) quais são os sinais das cargas q1 e q2 e a relação de magnitude entre elas? (a) q1 é positiva, q2 é negativa e q1 < q2 . (b) q1 é positiva, q2 é negativa e q1 > q2 . (c) q1 é positiva, q2 é negativa e q1 = q2 . (d) q1 é positiva, q2 é positiva e q1 < q2 . (e) q1 é positiva, q2 é positiva e q1 > q2 . (f) q1 é positiva, q2 é positiva e q1 = q2 . (g) q1 é negativa, q2 é positiva e q1 < q2 . (h) q1 é negativa, q2 é positiva e q1 > q2 . (i) q1 é negativa, q2 é positiva e q1 = q2 . (j) q1 é negativa, q2 é negativa e q1 < q2 . (k) q1 é negativa, q2 é negativa e q1 > q2 . (l) q1 é negativa, q2 é negativa e q1 = q2 . Física Teórica II
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