GUJCET 2013 Physics Question Paper with Answer and Solution in Hindi

23 QuestionsHindiWith Solutions

PhysicsQ123 of 23 questions

Page 1 of 1 · Hindi

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एक $RC$ $AC$ परिपथ में अधिकतम वोल्टेज और अधिकतम धारा क्रमशः $100 \ V$ और $1.1 \ A$ हैं। यदि $X_{C} = 60 \ \Omega$ और $R = 80 \ \Omega$ है,तो परिपथ में खपत होने वाली शक्ति . . . . . . होगी। ($W$ में)
A
$176.0$
B
$44.0$
C
$88.0$
D
$22.0$

Solution

(B) $AC$ परिपथ में खपत होने वाली शक्ति $P = V_{rms} I_{rms} \cos \phi$ द्वारा दी जाती है।
दिया गया है: $V_{m} = 100 \ V$,$I_{m} = 1.1 \ A$,$X_{C} = 60 \ \Omega$,$R = 80 \ \Omega$।
प्रतिबाधा $Z$ की गणना इस प्रकार की जाती है: $Z = \sqrt{R^{2} + X_{C}^{2}} = \sqrt{80^{2} + 60^{2}} = \sqrt{6400 + 3600} = \sqrt{10000} = 100 \ \Omega$।
शक्ति गुणांक $\cos \phi = \frac{R}{Z} = \frac{80}{100} = 0.8$ है।
$rms$ मान $V_{rms} = \frac{V_{m}}{\sqrt{2}}$ और $I_{rms} = \frac{I_{m}}{\sqrt{2}}$ हैं।
इन मानों को शक्ति के सूत्र में रखने पर:
$P = \left(\frac{100}{\sqrt{2}}\right) \times \left(\frac{1.1}{\sqrt{2}}\right) \times 0.8$
$P = \frac{100 \times 1.1}{2} \times 0.8$
$P = 50 \times 1.1 \times 0.8 = 55 \times 0.8 = 44.0 \ W$।
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$30 \Omega$ प्रतिरोध का एक प्रतिरोधक, $10 \Omega$ प्रतिघात का एक प्रेरक और $10 \Omega$ प्रतिघात का एक संधारित्र $V = 300 \sqrt{2} \sin(\omega t)$ एसी वोल्टेज स्रोत के साथ श्रेणीक्रम में जुड़े हैं। परिपथ में धारा . . . . . . है। ($\text{ A}$ में)
A
$10$
B
$30$
C
$20$
D
$100$

Solution

(A) दिया गया एसी वोल्टेज स्रोत $V = 300 \sqrt{2} \sin(\omega t)$ है।
शिखर वोल्टेज $V_m = 300 \sqrt{2} \text{ V}$ है।
आरएमएस $(RMS)$ वोल्टेज $V_{rms} = \frac{V_m}{\sqrt{2}} = 300 \text{ V}$ है।
$LCR$ श्रेणी परिपथ की प्रतिबाधा $Z$ का सूत्र $Z = \sqrt{R^2 + (X_L - X_C)^2}$ है।
यहाँ $R = 30 \Omega$, $X_L = 10 \Omega$, और $X_C = 10 \Omega$ दिया गया है।
$Z = \sqrt{30^2 + (10 - 10)^2} = \sqrt{30^2 + 0^2} = 30 \Omega$.
आरएमएस $(RMS)$ धारा $I_{rms}$ का मान $I_{rms} = \frac{V_{rms}}{Z}$ है।
$I_{rms} = \frac{300}{30} = 10 \text{ A}$.
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यदि एक $DC$ परिपथ में शुद्ध संधारित्र की धारिता $1 \ F$ है,तो इसका धारितीय प्रतिघात (capacitive reactance) क्या होगा?
A
शून्य
B
$1 \ \Omega$
C
अनंत
D
$-2$

Solution

(C) सही विकल्प $C$ है।
$DC$ परिपथ में,आवृत्ति $v = 0 \ Hz$ होती है।
कोणीय आवृत्ति $\omega = 2 \pi v = 2 \pi \times 0 = 0 \ rad/s$ द्वारा दी जाती है।
धारितीय प्रतिघात $X_C$ का सूत्र $X_C = \frac{1}{\omega C}$ है।
मान रखने पर,हमें $X_C = \frac{1}{0 \times 1} = \frac{1}{0} = \infty$ प्राप्त होता है।
अतः,$DC$ परिपथ में संधारित्र का धारितीय प्रतिघात अनंत होता है,जिसका अर्थ है कि यह एक खुले परिपथ (open circuit) की तरह कार्य करता है।
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सेल से बहने वाली धारा और उसके दो ध्रुवों के बीच विभवांतर का अवलोकन करके नीचे दी गई तालिका तैयार की गई है। सेल का आंतरिक प्रतिरोध $r$ है।
क्रम$V \ (V)$$I \ (A)$
$1$$1.0$$0.08$
$2$$0.5$$0.18$
$3$$0.8$$0.12$

प्रयोग में उपयोग किए गए सेल का $emf$ $(\varepsilon)$ ज्ञात कीजिए। ($V$ में)
A
$2.5$
B
$1.4$
C
$2$
D
$1.5$

Solution

(B) टर्मिनल विभवांतर $(V)$, $emf$ $(\varepsilon)$, धारा $(I)$ और आंतरिक प्रतिरोध $(r)$ के बीच संबंध है: $V = \varepsilon - Ir$।
इसलिए, $\varepsilon = V + Ir$।
तालिका की पहली दो पंक्तियों से मान लेने पर:
पंक्ति $1$ के लिए: $\varepsilon = 1.0 + 0.08r \quad (1)$
पंक्ति $2$ के लिए: $\varepsilon = 0.5 + 0.18r \quad (2)$
समीकरण $(1)$ और $(2)$ की तुलना करने पर: $1.0 + 0.08r = 0.5 + 0.18r$।
पदों को व्यवस्थित करने पर: $1.0 - 0.5 = 0.18r - 0.08r$।
$0.5 = 0.1r$, जिससे हमें $r = 5 \ \Omega$ प्राप्त होता है।
अब $r = 5 \ \Omega$ का मान समीकरण $(1)$ में रखने पर: $\varepsilon = 1.0 + 0.08(5) = 1.0 + 0.4 = 1.4 \ V$।
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चार समान प्रतिरोधकों को श्रेणीक्रम में एक बैटरी से जोड़ने पर $20 \ W$ शक्ति का व्यय होता है। यदि उन्हीं प्रतिरोधकों को समांतर क्रम में जोड़ा जाए,तो कितनी शक्ति व्यय होगी ($W$ में)?
A
$320$
B
$5$
C
$100$
D
$80$

Solution

(A) माना प्रत्येक प्रतिरोधक का प्रतिरोध $R$ है और बैटरी का वोल्टेज $V$ है।
श्रेणीक्रम संयोजन में,तुल्य प्रतिरोध $R_s = 4R$ होता है।
श्रेणीक्रम में व्यय शक्ति $P_s = \frac{V^2}{R_s} = \frac{V^2}{4R} = 20 \ W$ है।
इससे हमें $\frac{V^2}{R} = 20 \times 4 = 80 \ W$ प्राप्त होता है।
समांतर क्रम संयोजन में,तुल्य प्रतिरोध $R_p = \frac{R}{4}$ होता है।
समांतर क्रम में व्यय शक्ति $P_p = \frac{V^2}{R_p} = \frac{V^2}{R/4} = 4 \times \frac{V^2}{R}$ है।
$\frac{V^2}{R}$ का मान रखने पर,हमें $P_p = 4 \times 80 \ W = 320 \ W$ प्राप्त होता है।
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आपको $1 \ \Omega$ प्रतिरोध के $10$ प्रतिरोधक दिए गए हैं। पहले उन्हें न्यूनतम संभव प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए जोड़ा जाता है। फिर उन्हें अधिकतम संभव प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए जोड़ा जाता है। न्यूनतम और अधिकतम प्रतिरोध का अनुपात . . . . . . है।
A
$\frac{1}{100}$
B
$\frac{1}{50}$
C
$\frac{1}{1000}$
D
$\frac{1}{10}$

Solution

(A) $R$ प्रतिरोध वाले $n$ प्रतिरोधकों को समांतर क्रम में जोड़ने पर,न्यूनतम प्रतिरोध $R_{\min} = \frac{R}{n}$ द्वारा प्राप्त होता है।
यहाँ $R = 1 \ \Omega$ और $n = 10$ है,इसलिए $R_{\min} = \frac{1}{10} \ \Omega$ होगा।
$n$ प्रतिरोधकों को श्रेणी क्रम में जोड़ने पर,अधिकतम प्रतिरोध $R_{\max} = nR$ द्वारा प्राप्त होता है।
अतः,$R_{\max} = 10 \times 1 = 10 \ \Omega$ होगा।
न्यूनतम और अधिकतम प्रतिरोध का अनुपात $\frac{R_{\min}}{R_{\max}} = \frac{1/10}{10} = \frac{1}{100}$ है।
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$+16 \mu C$ और $-9 \mu C$ परिमाण वाले दो बिंदु विपरीत आवेश हवा में $10 \ cm$ की दूरी पर रखे गए हैं। $-9 \mu C$ आवेश से कितनी दूरी पर परिणामी विद्युत क्षेत्र शून्य होगा ($cm$ में)?
A
$40$
B
$20$
C
$10$
D
$30$

Solution

(D) दिया गया है: $q_1 = +16 \mu C$,$q_2 = -9 \mu C$,दूरी $d = 10 \ cm$.
मान लीजिए कि वह बिंदु जहाँ परिणामी विद्युत क्षेत्र शून्य है,$-9 \mu C$ आवेश से $x$ दूरी पर है। चूंकि आवेश विपरीत हैं,इसलिए शून्य बिंदु आवेशों के बीच के क्षेत्र के बाहर,छोटे परिमाण वाले आवेश के करीब स्थित होगा।
शून्य बिंदु पर,$q_1$ के कारण विद्युत क्षेत्र का परिमाण $q_2$ के कारण विद्युत क्षेत्र के परिमाण के बराबर होना चाहिए।
$E_1 = E_2$
$\frac{k |q_1|}{(d + x)^2} = \frac{k |q_2|}{x^2}$
$\frac{16}{(10 + x)^2} = \frac{9}{x^2}$
दोनों पक्षों का वर्गमूल लेने पर:
$\frac{4}{10 + x} = \frac{3}{x}$
$4x = 3(10 + x)$
$4x = 30 + 3x$
$x = 30 \ cm$
अतः,$-9 \mu C$ आवेश से $30 \ cm$ की दूरी पर परिणामी विद्युत क्षेत्र शून्य होगा।
Solution diagram
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एक आवेश $10^{-9} \ C$ निर्देशांक प्रणाली के मूल बिंदु पर और दूसरा आवेश $Q$,$(2, 0, 0) \ m$ पर स्थित है। यदि $(3, 1, 1) \ m$ पर विद्युत क्षेत्र का $Y$-घटक शून्य है,तो $Q$ का मान ज्ञात कीजिए।
A
$-0.43 \times 10^{-9} \ C$
B
$-0.1424 \times 10^{-9} \ C$
C
$-4.3 \times 10^{-9} \ C$
D
इनमें से कोई नहीं।

Solution

(B) माना मूल बिंदु पर आवेश $q = 10^{-9} \ C$ है और $(2, 0, 0) \ m$ पर आवेश $Q$ है।
बिंदु $P$ को $(3, 1, 1) \ m$ मानिए।
मूल बिंदु $O(0, 0, 0)$ के सापेक्ष $P$ का स्थिति सदिश $\vec{r}_1 = (3 - 0)\hat{i} + (1 - 0)\hat{j} + (1 - 0)\hat{k} = 3\hat{i} + \hat{j} + \hat{k}$ है।
इसका परिमाण $r_1 = |\vec{r}_1| = \sqrt{3^2 + 1^2 + 1^2} = \sqrt{11} \ m$ है।
$(2, 0, 0)$ पर स्थित आवेश $Q$ के सापेक्ष $P$ का स्थिति सदिश $\vec{r}_2 = (3 - 2)\hat{i} + (1 - 0)\hat{j} + (1 - 0)\hat{k} = \hat{i} + \hat{j} + \hat{k}$ है।
इसका परिमाण $r_2 = |\vec{r}_2| = \sqrt{1^2 + 1^2 + 1^2} = \sqrt{3} \ m$ है।
$P$ पर कुल विद्युत क्षेत्र $\vec{E} = \vec{E}_1 + \vec{E}_2 = \frac{kq}{r_1^3}\vec{r}_1 + \frac{kQ}{r_2^3}\vec{r}_2$ है।
विद्युत क्षेत्र का $Y$-घटक $E_y = \frac{kq}{r_1^3}(y_1) + \frac{kQ}{r_2^3}(y_2) = 0$ है।
मान रखने पर: $k \left[ \frac{10^{-9} \times 1}{(\sqrt{11})^3} + \frac{Q \times 1}{(\sqrt{3})^3} \right] = 0$.
$\frac{Q}{3\sqrt{3}} = -\frac{10^{-9}}{11\sqrt{11}}$.
$Q = -10^{-9} \times \frac{3\sqrt{3}}{11\sqrt{11}} = -10^{-9} \times \left( \frac{3}{11} \right)^{1.5} \approx -0.1424 \times 10^{-9} \ C$.
Solution diagram
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$K$ परावैद्युतांक वाले पदार्थ माध्यम में रखे गए दो बिंदु आवेशों के बीच का बल $F$ है। यदि पदार्थ को हटा दिया जाए,तो उनके बीच का बल . . . . . . हो जाएगा।
A
$F \sqrt{ K }$
B
$FK$
C
$\frac{F}{\sqrt{K}}$
D
$\frac{ F }{ K }$

Solution

(B) किसी माध्यम में दो बिंदु आवेशों के बीच का बल $F_{\text{medium}} = \frac{F_{\text{air}}}{K}$ द्वारा दिया जाता है,जहाँ $F_{\text{air}}$ निर्वात (या वायु) में उन्हीं आवेशों के बीच का बल है और $K$ माध्यम का परावैद्युतांक है।
यह दिया गया है कि माध्यम में बल $F$ है,इसलिए $F = \frac{F_{\text{air}}}{K}$।
जब पदार्थ को हटा दिया जाता है तो बल (अर्थात वायु में बल) ज्ञात करने के लिए,हम समीकरण को पुनर्व्यवस्थित करते हैं:
$F_{\text{air}} = F \times K$।
अतः,बल $FK$ हो जाएगा।
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यदि $60$ फेरों वाली कुंडली से संबद्ध फ्लक्स $1 \text{ Wb/hour}$ की दर से बदलता है,तो प्रेरित emf . . . . . . है।
A
$\frac{1}{3600} \text{ V}$
B
$1 \text{ V}$
C
$\frac{1}{60} \text{ V}$
D
$0 \text{ V}$

Solution

(C) दिया गया है: फेरों की संख्या $N = 60$ है।
चुंबकीय फ्लक्स के परिवर्तन की दर $\frac{d\phi}{dt} = 1 \text{ Wb/hour}$ है।
दर को $SI$ इकाइयों (वेबर प्रति सेकंड) में बदलने पर: $\frac{d\phi}{dt} = \frac{1}{3600} \text{ Wb/s}$।
फैराडे के विद्युत चुंबकीय प्रेरण के नियम के अनुसार,प्रेरित emf का परिमाण $|\varepsilon| = N \left| \frac{d\phi}{dt} \right|$ द्वारा दिया जाता है।
मान रखने पर: $|\varepsilon| = 60 \times \frac{1}{3600} \text{ V}$।
$|\varepsilon| = \frac{1}{60} \text{ V}$।
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चित्र में दिखाए अनुसार $O$ दो समतलीय संकेंद्रीय वृत्ताकार चालकों $A$ और $B$ का केंद्र है,जिनकी त्रिज्याएँ क्रमशः $r$ और $R$ हैं। यहाँ $r \ll R$ है। चालकों की इस प्रणाली का अन्योन्य प्रेरकत्व (mutual inductance) . . . . . . द्वारा दिया जा सकता है।
Question diagram
A
$\frac{\mu_0 \pi r}{2 R}$
B
$\frac{\mu_0 R^2}{\pi r}$
C
$\frac{\mu_0 \pi R^2}{2 r}$
D
$\frac{\mu_0 \pi r^2}{2 R}$

Solution

(D) जब हम $R$ त्रिज्या वाले बाहरी लूप से $I$ धारा प्रवाहित करते हैं,तो केंद्र पर चुंबकीय क्षेत्र इस प्रकार होता है:
$B_{\text{center}} = \frac{\mu_0 I}{2 R}$
चूंकि $r \ll R$ है,इसलिए चुंबकीय क्षेत्र $B$ छोटे लूप $A$ के क्षेत्रफल पर लगभग एकसमान रहता है।
छोटे लूप से संबद्ध चुंबकीय फ्लक्स $\phi$ है:
$\phi = B \cdot A = \left( \frac{\mu_0 I}{2 R} \right) \times (\pi r^2)$
$\phi = \frac{\mu_0 I \pi r^2}{2 R}$
अन्योन्य प्रेरकत्व $M$ को द्वितीयक कुंडली से गुजरने वाले चुंबकीय फ्लक्स $\phi$ और प्राथमिक कुंडली में प्रवाहित धारा $I$ के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है:
$M = \frac{\phi}{I} = \frac{\mu_0 \pi r^2}{2 R}$
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$800 \text{ W}$ विद्युत शक्ति वाले एक बल्ब की दक्षता $3 \%$ है। इसे $20 \text{ cm}$ व्यास वाले एक गोले के केंद्र में रखा गया है। तो इसकी सतह पर $EM$ तरंग द्वारा लगाया गया बल . . . . . . है।
A
$8 \times 10^{-12} \text{ N}$
B
$8 \times 10^{-8} \text{ N}$
C
$8 \times 10^{-10} \text{ N}$
D
$8 \times 10^{-6} \text{ N}$

Solution

(B) बल्ब की विद्युत शक्ति $P_{elec} = 800 \text{ W}$ है।
बल्ब की दक्षता $\eta = 3 \% = 0.03$ है।
विकिरण शक्ति (प्रति सेकंड उत्सर्जित ऊर्जा) $P_{rad} = P_{elec} \times \eta = 800 \times 0.03 = 24 \text{ J/s}$ है।
विद्युतचुंबकीय $(EM)$ तरंग द्वारा सतह पर लगाया गया बल $F = \frac{P_{rad}}{c}$ सूत्र द्वारा दिया जाता है,जहाँ $c = 3 \times 10^8 \text{ m/s}$ प्रकाश की गति है।
मान रखने पर: $F = \frac{24}{3 \times 10^8} \text{ N}$.
$F = 8 \times 10^{-8} \text{ N}$.
अतः,सही विकल्प $B$ है।
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इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (electron microscope) इलेक्ट्रॉन के किस गुण का उपयोग करता है?
A
तरंग प्रकृति
B
ऋणात्मक विद्युत आवेश
C
स्पिन आवृत्ति
D
इनमें से कोई नहीं

Solution

(A) इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी इलेक्ट्रॉन की तरंग प्रकृति के सिद्धांत पर कार्य करता है।
डी-ब्रोग्ली परिकल्पना के अनुसार,गतिमान इलेक्ट्रॉनों के साथ एक तरंग जुड़ी होती है,जिसे द्रव्य तरंगें (matter waves) कहा जाता है।
इन द्रव्य तरंगों की तरंगदैर्ध्य $\lambda = \frac{h}{p}$ द्वारा दी जाती है,जहाँ $h$ प्लांक नियतांक है और $p$ इलेक्ट्रॉन का संवेग है।
चूंकि इलेक्ट्रॉनों की तरंगदैर्ध्य दृश्य प्रकाश की तुलना में बहुत छोटी होती है,इसलिए इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी ऑप्टिकल सूक्ष्मदर्शी की तुलना में बहुत अधिक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं।
अतः,सही विकल्प $(A)$ है।
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माइक्रोवेव ओवन द्वारा भोजन पकाने के लिए माइक्रोवेव की किस आवृत्ति का उपयोग किया जाता है ($GHz$ में)?
A
$0.5051$
B
$0.501$
C
$0.651$
D
$0.915$

Solution

(D) माइक्रोवेव ओवन भोजन में पानी के अणुओं को उत्तेजित करने के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उपयोग करके काम करते हैं। घरेलू माइक्रोवेव ओवन के लिए आमतौर पर उपयोग की जाने वाली मानक आवृत्ति $2.45 \text{ GHz}$ है। हालाँकि,दिए गए विकल्पों में से,$0.915 \text{ GHz}$ भी एक ऐसी आवृत्ति है जिसे औद्योगिक,वैज्ञानिक और चिकित्सा $(ISM)$ अनुप्रयोगों के लिए आवंटित किया गया है,जिसमें माइक्रोवेव हीटिंग के विशिष्ट प्रकार शामिल हैं। दिए गए विकल्पों को देखते हुए,$0.915 \text{ GHz}$ सही उत्तर है।
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चित्र में प्रत्येक प्लेट का क्षेत्रफल $A$ है और क्रमिक प्लेटों के बीच की दूरी $d$ है। बिंदुओं $A$ और $B$ के बीच प्रभावी धारिता क्या है?
Question diagram
A
$\frac{2}{3} \frac{A \varepsilon_0}{d}$
B
$\frac{3}{2} \frac{A \varepsilon_0}{d}$
C
$\frac{A \varepsilon_0}{d}$
D
उपरोक्त में से कोई नहीं।

Solution

(A) दी गई प्रणाली चार प्लेटों से बनी है। मान लीजिए कि प्रत्येक जोड़ी की प्लेटों की धारिता $C = \frac{A \varepsilon_0}{d}$ है।
परिपथ आरेख के अनुसार,प्लेट $1$ और $3$ एक साथ जुड़ी हुई हैं,और प्लेट $2$ और $4$ क्रमशः टर्मिनल $A$ और $B$ से जुड़ी हुई हैं।
यह समानांतर में दो संधारित्र बनाता है (प्लेट $1-2$ और $3-2$ के बीच) जो तीसरे संधारित्र (प्लेट $3-4$ के बीच) के साथ श्रेणीक्रम में हैं।
मान लीजिए $C_1$ प्लेट $1$ और $2$ के बीच की धारिता है,$C_2$ प्लेट $3$ और $2$ के बीच की है,और $C_3$ प्लेट $3$ और $4$ के बीच की है। अतः,$C_1 = C_2 = C_3 = C$ है।
$C_1$ और $C_2$ का समानांतर संयोजन $C' = C_1 + C_2 = C + C = 2C$ देता है।
यह $C'$,$C_3$ के साथ श्रेणीक्रम में है। तुल्य धारिता $C_{eq}$ इस प्रकार है:
$C_{eq} = \frac{C' \cdot C_3}{C' + C_3} = \frac{(2C) \cdot C}{2C + C} = \frac{2C^2}{3C} = \frac{2}{3}C$.
$C = \frac{A \varepsilon_0}{d}$ प्रतिस्थापित करने पर,हमें $C_{eq} = \frac{2}{3} \frac{A \varepsilon_0}{d}$ प्राप्त होता है।
Solution diagram
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$a$ और $b$ त्रिज्या वाले दो धात्विक गोलों को एक-दूसरे से बहुत दूर रखा गया है और एक पतले चालक तार द्वारा जोड़ा गया है। उन पर कुल आवेश $Q$ है। प्रत्येक गोले का विभव ज्ञात कीजिए।
A
$\frac{k Q}{a-b}$
B
$k Q \left(\frac{b}{a}\right)$
C
$\frac{k Q}{a+b}$
D
$k Q \left(\frac{a}{b}\right)$

Solution

(C) माना $a$ और $b$ त्रिज्या वाले गोलों के विभव क्रमशः $V_a$ और $V_b$ हैं और उन पर आवेश $Q_a$ और $Q_b$ हैं।
चूंकि दोनों गोले एक चालक तार से जुड़े हैं,इसलिए उनका विभव समान होगा:
$V_a = V_b$
$\frac{k Q_a}{a} = \frac{k Q_b}{b}$
$\frac{Q_a}{Q_b} = \frac{a}{b}$
अनुपात के गुणधर्म का उपयोग करते हुए,$\frac{Q_a}{Q_a + Q_b} = \frac{a}{a + b}$.
चूंकि कुल आवेश $Q_a + Q_b = Q$ है,इसलिए हमें प्राप्त होता है:
$Q_a = \frac{a Q}{a + b}$ और $Q_b = \frac{b Q}{a + b}$.
अब,प्रत्येक गोले का विभव $V$ ज्ञात करने पर:
$V = V_a = V_b = \frac{k Q_a}{a} = \frac{k}{a} \left( \frac{a Q}{a + b} \right) = \frac{k Q}{a + b}$.
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अंतरिक्ष में किसी बिंदु $(x, y, z)$ (सभी मीटर में) पर विद्युत विभव $V = 5x^2$ वोल्ट द्वारा दिया गया है। बिंदु $(1, 2, 3) \text{ m}$ पर विद्युत क्षेत्र $\overrightarrow{E} = $ . . . . . . $\text{N/C}$ है।
A
$1\hat{i} + 2\hat{j} + 3\hat{k}$
B
$-20\hat{j}$
C
$-30\hat{k}$
D
$-10\hat{i}$

Solution

(D) विद्युत क्षेत्र $\overrightarrow{E}$ और विद्युत विभव $V$ के बीच का संबंध $\overrightarrow{E} = -\nabla V = -\left( \frac{\partial V}{\partial x}\hat{i} + \frac{\partial V}{\partial y}\hat{j} + \frac{\partial V}{\partial z}\hat{k} \right)$ द्वारा दिया जाता है।
दिया गया है $V = 5x^2$।
आंशिक अवकलन करने पर:
$\frac{\partial V}{\partial x} = \frac{d}{dx}(5x^2) = 10x$
$\frac{\partial V}{\partial y} = 0$
$\frac{\partial V}{\partial z} = 0$
अतः,$\overrightarrow{E} = -(10x)\hat{i} = -10x\hat{i} \text{ N/C}$।
बिंदु $(1, 2, 3) \text{ m}$ पर,$x = 1$ रखने पर:
$\overrightarrow{E} = -10(1)\hat{i} = -10\hat{i} \text{ N/C}$।
इसलिए,सही विकल्प $D$ है।
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एक फेरोमैग्नेटिक पदार्थ में एक डोमेन $2 \mu m$ भुजा की लंबाई वाले घन के रूप में है। इसमें $4 \times 10^{14}$ परमाणु हैं और प्रत्येक परमाणु द्विध्रुव का आघूर्ण $16 \times 10^{-24} \text{ A m}^2$ है,तो डोमेन का चुंबकन (magnetization) . . . . . . है।
A
$8 \times 10^4 \text{ A m}^{-1}$
B
$7.2 \times 10^4 \text{ A m}^{-1}$
C
$3.6 \times 10^4 \text{ A m}^{-1}$
D
$64 \times 10^4 \text{ A m}^{-1}$

Solution

(A) चुंबकन $(M)$ को प्रति इकाई आयतन शुद्ध चुंबकीय आघूर्ण के रूप में परिभाषित किया गया है।
$M = \frac{M_{\text{net}}}{V}$
दिया गया है:
परमाणुओं की संख्या $(N)$ = $4 \times 10^{14}$
प्रत्येक परमाणु का चुंबकीय आघूर्ण $(m)$ = $16 \times 10^{-24} \text{ A m}^2$
घन की भुजा की लंबाई $(a)$ = $2 \mu m = 2 \times 10^{-6} \text{ m}$
घन का आयतन $(V)$ = $a^3 = (2 \times 10^{-6})^3 = 8 \times 10^{-18} \text{ m}^3$
कुल चुंबकीय आघूर्ण $(M_{\text{net}})$ = $N \times m = (4 \times 10^{14}) \times (16 \times 10^{-24}) = 64 \times 10^{-10} \text{ A m}^2$
अब,चुंबकन की गणना करने पर:
$M = \frac{64 \times 10^{-10}}{8 \times 10^{-18}}$
$M = 8 \times 10^8 \times 10^{-4} = 8 \times 10^4 \text{ A m}^{-1}$
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PhysicsEasyMCQGUJCET · 2013
एक छड़ चुंबक पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में $T$ आवर्तकाल के साथ दोलन कर रहा है। यदि समान द्रव्यमान और आयतन वाले एक अन्य चुंबक का चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण इस चुंबक का $9$ गुना है,तो इसका आवर्तकाल . . . . . . होगा।
A
$\frac{T}{6}$
B
$\frac{T}{9}$
C
$\frac{T}{3}$
D
$\frac{T}{2}$

Solution

(C) चुंबकीय क्षेत्र में दोलन कर रहे छड़ चुंबक का आवर्तकाल $T$ सूत्र $T = 2\pi \sqrt{\frac{I}{MB}}$ द्वारा दिया जाता है,जहाँ $I$ जड़त्व आघूर्ण है,$M$ चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण है और $B$ चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता है।
चूंकि द्रव्यमान और आयतन समान हैं,इसलिए जड़त्व आघूर्ण $I$ स्थिर रहता है।
नए चुंबक के लिए,चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण $M' = 9M$ है।
नया आवर्तकाल $T'$ इस प्रकार होगा: $T' = 2\pi \sqrt{\frac{I}{M'B}} = 2\pi \sqrt{\frac{I}{9MB}}$.
इसे सरल करने पर हमें प्राप्त होता है: $T' = \frac{1}{\sqrt{9}} \times 2\pi \sqrt{\frac{I}{MB}} = \frac{1}{3} T$.
अतः,नया आवर्तकाल $\frac{T}{3}$ होगा।
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PhysicsEasyMCQGUJCET · 2013
$6 \ cm$ त्रिज्या वाले धारावाही वृत्ताकार लूप के केंद्र से $8 \ cm$ दूर अक्ष पर स्थित बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र $216 \ \mu T$ है। तो रिंग के केंद्र पर चुंबकीय क्षेत्र $\dots \ \mu T$ होगा।
A
$432$
B
$1000$
C
$500$
D
$250$

Solution

(B) वृत्ताकार लूप की अक्ष पर चुंबकीय क्षेत्र का सूत्र: $B_{\text{axis}} = \frac{\mu_0 I a^2}{2(a^2 + x^2)^{3/2}}$
लूप के केंद्र पर चुंबकीय क्षेत्र का सूत्र: $B_{\text{centre}} = \frac{\mu_0 I}{2a}$
दोनों क्षेत्रों का अनुपात लेने पर:
$\frac{B_{\text{centre}}}{B_{\text{axis}}} = \frac{\mu_0 I}{2a} \times \frac{2(a^2 + x^2)^{3/2}}{\mu_0 I a^2} = \frac{(a^2 + x^2)^{3/2}}{a^3}$
यहाँ $a = 6 \ cm$ और $x = 8 \ cm$ दिया गया है:
$\frac{B_{\text{centre}}}{B_{\text{axis}}} = \frac{(6^2 + 8^2)^{3/2}}{6^3} = \frac{(36 + 64)^{3/2}}{216} = \frac{(100)^{3/2}}{216} = \frac{1000}{216}$
चूंकि $B_{\text{axis}} = 216 \ \mu T$ दिया गया है:
$B_{\text{centre}} = 216 \times \frac{1000}{216} = 1000 \ \mu T$.
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PhysicsEasyMCQGUJCET · 2013
$10 \text{ A}$ की धारा एक क्षैतिज सीधे तार $A$ से बहती है जिसके दोनों सिरे मजबूती से स्थिर हैं। तार $B$ को सीधे $A$ के ऊपर और समानांतर रखा गया है। तार $B$ का प्रति इकाई लंबाई भार $40 \times 10^{-3} \text{ N/m}$ है और यह $20 \text{ A}$ की धारा वहन करता है। तार $A$ से तार $B$ की दूरी ज्ञात कीजिए ताकि तार $B$ स्थिर रहे। इसमें प्रवाहित होने वाली धारा की दिशा भी बताइए।
A
$\frac{1}{3} \times 10^{-3} \text{ m}$,दोनों समान दिशा में हैं
B
$\frac{1}{2} \times 10^{-3} \text{ m}$,दोनों विपरीत दिशा में हैं
C
$2 \times 10^{-3} \text{ m}$,दोनों समान दिशा में हैं
D
$1 \times 10^{-3} \text{ m}$,दोनों विपरीत दिशा में हैं

Solution

(D) दो समानांतर तारों के बीच प्रति इकाई लंबाई चुंबकीय बल $\frac{F}{l} = \frac{\mu_0 I_1 I_2}{2 \pi y}$ द्वारा दिया जाता है।
तार $B$ को स्थिर रखने के लिए,ऊपर की ओर लगने वाले चुंबकीय बल को नीचे की ओर लगने वाले गुरुत्वाकर्षण बल (प्रति इकाई लंबाई भार) को संतुलित करना चाहिए।
$\frac{F}{l} = \text{प्रति इकाई लंबाई भार} = 40 \times 10^{-3} \text{ N/m}$.
मान रखने पर: $40 \times 10^{-3} = \frac{4 \pi \times 10^{-7} \times 10 \times 20}{2 \pi \times y}$.
समीकरण को सरल करने पर: $40 \times 10^{-3} = \frac{2 \times 10^{-7} \times 200}{y}$.
$40 \times 10^{-3} = \frac{400 \times 10^{-7}}{y}$.
$y = \frac{400 \times 10^{-7}}{40 \times 10^{-3}} = 10 \times 10^{-4} = 10^{-3} \text{ m}$.
चूंकि गुरुत्वाकर्षण का मुकाबला करने के लिए चुंबकीय बल ऊपर की ओर (प्रतिकर्षी) होना चाहिए,इसलिए धाराओं को विपरीत दिशाओं में बहना चाहिए।
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PhysicsEasyMCQGUJCET · 2013
दो लंबे समानांतर तारों के बीच बल $F$ है जब उनमें से प्रत्येक में एक निश्चित धारा $I$ प्रवाहित होती है। यदि प्रत्येक में धारा को आधा कर दिया जाए,तो उनके बीच का बल . . . . . . होगा।
A
$\frac{F}{2}$
B
$2F$
C
$\frac{F}{4}$
D
$4F$

Solution

(C) $y$ दूरी पर स्थित $I_1$ और $I_2$ धारा वाले दो लंबे समानांतर तारों के बीच प्रति इकाई लंबाई बल का सूत्र है:
$F = \frac{\mu_0 I_1 I_2}{2 \pi y}$
यह दिया गया है कि दोनों तारों में समान धारा $I$ प्रवाहित हो रही है,इसलिए प्रारंभिक बल:
$F = \frac{\mu_0 I^2}{2 \pi y}$
यदि प्रत्येक तार में धारा को आधा कर दिया जाए,तो नई धारा $I' = \frac{I}{2}$ हो जाती है।
नया बल $F'$ इस प्रकार होगा:
$F' = \frac{\mu_0 (I/2) (I/2)}{2 \pi y} = \frac{\mu_0 I^2}{4 \cdot 2 \pi y}$
इस समीकरण में मूल बल $F$ का मान रखने पर:
$F' = \frac{1}{4} F$
अतः,नया बल $\frac{F}{4}$ होगा।
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PhysicsEasyMCQGUJCET · 2013
नाभिक के औसत घनत्व का मान पानी के घनत्व का $\qquad$ गुना होता है।
A
$2.3 \times 10^{19}$
B
$2.3 \times 10^{14}$
C
$2.3 \times 10^{17}$
D
$2.3 \times 10^{12}$

Solution

(B) नाभिक का औसत घनत्व लगभग $\rho_{n} = 2.3 \times 10^{17} \ kg/m^{3}$ होता है।
पानी का घनत्व $\rho_{w} = 10^{3} \ kg/m^{3}$ होता है।
अनुपात ज्ञात करने के लिए,हम नाभिक के घनत्व को पानी के घनत्व से विभाजित करते हैं:
$\text{अनुपात} = \frac{\rho_{n}}{\rho_{w}} = \frac{2.3 \times 10^{17} \ kg/m^{3}}{10^{3} \ kg/m^{3}} = 2.3 \times 10^{14}$.
अतः,नाभिक का घनत्व पानी के घनत्व का $2.3 \times 10^{14}$ गुना होता है।

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