حل أسئلة تقويم الفصل السادس ( المجالات الكهربائية ) - العلم نور

عاجل

{ وَقُلْ رَبِّ زِدْنِي عِلْمًا }

الخميس، 6 سبتمبر 2018

حل أسئلة تقويم الفصل السادس ( المجالات الكهربائية )


بسم الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
حل أسئلة تقويم الفصل السادس ( المجالات الكهربائية )
نبدأ على بركة الله ...


39. أكمل خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات التالية : السعة ، شدة الكجال ، J/C ، الشغل .
الحل :




إتقان المفاهيم

40. ما الخاصيتان اللتان يجب أن تكونا لشحنة الاختبار ؟
الحل :
يجب أن يكون مقدار شحنة الاختبار صغيرا جدا مقارنة مع مقادير الشحنات التي تولد المجال الكهربائي ، كما يجب أن تكون موجبة .

41. كيف يحدد اتجاه المجال الكهربائي ؟
الحل :
اتجاه المجال هو اتجاه القوة المؤثرة في شحنة موجبة موضوعة في المجال . وبهذا تكون خطوط المجال الكهربائي خارجة من الشحنة الموجبة وداخلة في الشحنة السالبة .

42. ما المقصود بخطوط المجال الكهربائي ؟
الحل :
خطوط القوى الكهربائية .

43. ارسم بعض خطوط المجال الكهربائي لكل من الحالات التالية :
     a.   شحنتين متساويتين في المقدار ومتماثلتين في النوع .
     b.  شحنتين مختلفتين في النوع ولهما المقدار نفسه .
     c.   شحنة موجبة وأخرى سالبة مقدارها يساوي ضعف مقدار الشحنة الموجبة .
     d.  لوحين متوازين مختلفين في الشحنة .
الحل :
     a.     



    b. 

     c.  
  

     d.   




44. في الشكل التالي ، أين تنتهي خطوط المجال الكهربائي الخارجة من الشحنة الموجبة ؟



الحل :
تنتهي عند شحنات سالبة بعيدة موجودة في مكان ما خارج حواف الرسم التخطيطي .

45. كيف يتم الإشارة لشدة المجال الكهربائي من خلال خطوط المجال الكهربائي ؟
الحل :
كلما تقاربت خطوط المجال بعضها من بعض زادت قوة المجال الكهربائي .
46. ماوحدة قياس طاقة الوضع الكهربائية ؟ وما وحدة قياس فرق الجهد الكهربائي ، وفق النظام الدولي للوحدات SI ؟
الحل :
وحدة قياس طاقة الوضع الكهربائية هي الجول ، ووحدة قياس فرق الجهد الكهربائي هي الفولت .


47. عرف الفولت بلالة التغير في طاقة الوضع الكهربائية لشحنة تتحرك في مجال كهربائي .
الحل :

الفولت هو التغير في طاقة الوضع الكهربائي الناتج عن انتقال وحدة شحنة اختبار q مسافة r مقدارها 1m في مجال كهربائي E مقداره . 1N/C .



48. لماذا يفقد الجسم المشحون شحنته عند وصله بالأرض ؟
الحل :
لأن الجسم المشحون يشارك شحنته مع سطح الأرض التي تعد جسما ضخما جدا .

49. وضع قضيب مطاطي مشحون على طاولة فحافظ على شحنته بعض الوقت . لماذا لا تفرغ شحنة القضيب المشحون مباشرة ؟
الحل :
لأن الطاولة مادة عازلة ، أو على الأقل موصل رديء جدا .

50. شحن صندوق فلزي . قارن بين تركيز الشحنة على زوايا الصندوق وتركيزها على جوانب الصندوق .
الحل :
يكون تركيز الشحنة عند الزوايا أكبر من تركيزها على جوانب الصندوق .


51. أجهزة الحاسوب لماذا توضع الأجزاء الدقيقة في الأجهزة الإلكترونية – كتلك الموضحة في الشكل التالي – داخل صندوق فلزي موضوع داخل صندوق فلزي موضوع داخل صندوق آخر بلاستيكي ؟



الحل :
لأن الصندوق الفلزي يحمي هذه الأجزاء من المجالات الكهربائية التي لا تنفذ إلى داخل الموصل الاجوف .

تطبيق المفاهيم
52. ماذا يحدث لشدة المجال الكهربائي عندما تنقص شحنة الاختبار إلى نصف قيمتها ؟
الحل :
لا يحدث شيء ، لأن القوة المؤثرة في شحنة الاختبار ستقل إلى النصف ، أي أن النسبة F'/q' والمجال الكهربائي تبقى هي نفسها .

53. هل يلزم طاقة أكبر أم طاقة أقل لتحريك شحنة موجبة ثابتة خلال مجال كهربائي متزايد ؟
الحل :
تتناسب الطاقة طرديا مع القوة ، وتتناسب القوة طرديا مع المجال الكهربائي ، لذا يلزم طاقة أكبر .

54. ماذا يحدث لطاقة الوضع الكهربائية لجسيم مشحون موجود داخل مجال كهربائي عندما يطلق الجسيم ليصبح حر الحركة ؟
الحل :
ستتحول طاقة الوضع الكهربائية للجسيم إلى طاقة حركية له .


55. يبين الشكل التالي ثلاث كرات مشحونة بالمقدار نفسه . بالشحنات الموضحة في الشكل . الكرتان Y و Z ثابتتان في مكانيهما ، والكرة x حرة الحركة . والمسافة بين الكرة x وكل من الكرتين Y و Z في البداية متساوية . حدد المسار الذي تبدأ الكرة x في سلوكه ، مفترضا أنه لايوجد أي قوى أخرى تؤثر في الكرات .



الحل :
ستسلك الكرة x المسار C ، لأنها ستتأثر بالقوتين الموضحتين بالمتجهين D و B ، ومحصلتهما هي المتجه C .

56. ما وحدة قياس فرق الجهد الكهربائي بدلالة m ، kg ، s ، C ؟

الحل :




57. كيف تبدو خطوط المجال الكهربائي عندما يكون للمجال الكهربائي الشدة نفسها عند النقاط جميعها في منطقة ما ؟

الحل :
تكون متوازية ، وتفصلها مسافات متساوية .


58. تجربة قطرة الزيت لمليكان يفضل عند إجراء هذه التجبة استخدام قطرات زيت لها شحنات صغيرة . هل يتعين عليك البحث عن القطرات التي تتحرك ببطء عندما يتم تشغيل المجال الكهربائي ؟ وضح إجابتك .

الحل :
يتعين البحث عن القطرات التي تتحرك ببطء ، فكلما كانت الشحنة أكبر كانت القوة المؤثرة فيها أكبر ، لذا تكون سرعتها الحدية أكبر .

59. في تجربة قطرة الزيت لمليكان تم تثبيت قطرتي زيت في المجال الكهربائي .
    a.   هل يمكنك استنتاج أن شحنتيهما متماثلتان ؟
    b.  أي خصائص قطرتي الزيت نسبها متساوية؟
الحل :
    a.   لا ، قد تكون كلتاهما مختلفتين .
    b.  نسبة الشحنة إلى الكتلة q/m أو نسبة الكتلة إلى m/q .
  

60. يقف زيد و أخيه يوسف على سطح مستو معزول متلامسين بالأيادي عندما تم إكتسابها شحنة ، كما هو موضح في الشكل التالي . إذا كانت المساحة السطحية لجسم زيد أكبر من أخيه فمن منهما يكون له كمية أكبر من الشحنات ، أم سيكون لهما المقدار نفسه منها ؟



الحل :
يمتلك زيد مساحة سطحية أكبر ، لذا سيمتلك كمية أكبر من الشحنة .

61. إذا كان قطرا كرتي ألمنيوم 1cm و 10 cm فأيتهما له سعة أكبر ؟

الحل :
للكرة التي قطرها 10 cm سعة كهربائية أكبر ، لأن الشحنات يمكنها أن تبنعد بعضها عن بعض بصورة أكبر ، وهذا يقلل من ارتفاع جهدها عندما تشحن .

62. كيف يمكنك تخزين كميات مختلفة من الشحنات في مكثف ؟

الحل :
يتغير الجهد بين طرفي المكثف .





إتقان حل المسائل
6-1 توليد المجالات الكهربائية وقياسها

شحنة الإلكترون تساوي -1.60x10 -19 C ، استخدم هذه القيمة حيث يلزم .
63. ما مقدار شحنة اختبار إذا تعرضت لقوة مقدارها 1.4x10-8 N عند نقطة شدة المجال الكهربائي فيها 5.0x10-4 N/C ؟
الحل :






64. يوضح الشكل التالي شحنة موجبة مقدارها 1.0x10-5 C ، تتعرض لقوة 0.30 N ، عند وضعها عند نقطة معينة . ما شدة المجال الكهربائي عند تلك النقطة ؟
الحل :




65. إذا كان المجال الكهربائي في الغلاف الجوي يساوي 150 N/C تقريبا ، ويتجه إلى أسفل ، فأجب عما يلي :
     a.   ما اتجاه القوة المؤثرة في جسيم مشحون بشحنة سالبة ؟ 
     b.  أوجد القوة الكهربائية التي يؤثر بها هذا المجال في إلكترون .
     c.   قارن بين القوة في الفرع b وقوة الجاذبية الأرضية المؤثرة في الإلكترون نفسه . ( كتلة الإلكترون تساوي 9.1x10-31 kg )
الحل :
     a.    اتجاه القوة المؤثرة في الجسيم يكون إلى أعلى .
     b.    
  

     c.  
  


66. ارسم بدقة الحالات التالية :
     a.   المجال الكهربائي الناتج عن شحنة مقدارها +1.0 µC .
     b.  المجال الكهربائي الناتج عن شحنة +2.0 µC ( اجعل عدد خطوط المجال متناسبا مع التغير في مقدار الشحنة ) .
الحل :
     a.  
  

     b. 
  


67. وضعت شحنة اختبار موجبة مقدارها 6.0x10-6 C في مجال كهربائي شدته 50.0 N/C ، كما هو موضح في الشكل التالي . ما مقدار القوة المؤثرة في شحنة الاختبار ؟



الحل :




68. ثلاث شحنات : X و Y و Z يبعد بعضهما عن بعض مسافات متساوية . إذا كان مقدار الشحنة X يساوي +1.0 µC ، و مقدار الشحنة Y يساوي +2.0 µC ، والشحنة Z صغيرة وسالبة : 
     a.   فارسم سهما يمثل القوة المحصلة المؤثرة في الشحنة Z .
     b.  إذا كانت الشحنة Z موجبة وصغيرة فارسم سهما يمثل القوة المحصلة المؤثرة فيها .
الحل :
     a.  
  

    b. 

  

69. تتسارع الإلكترونات في أنبوب الأشعة المهبطية في تلفاز نتيجة مجال كهربائي مقداره 1.00x105 N/C . احسب ما يلي :
a.   القوة المؤثرة في الإلكترون .
b.  تسارع الإلكترون إذا كان المجال منتظما . افترض أن كتلة الإلكترون 9.11x10-31 kg  .
الحل :
      a.  

     b.     



70. أوجد شدة المجال الكهربائي على بعد 20.0 cm من شحنة نقطة مقدارها 8.0x10-7 C .

الحل :



71. شحنة نواة ذرة رصاص تساوي شحنة 82 بروتونا .
     a.   أوجد مقدار واتجاه المجال الكهربائي على بعد 1.0x10-10 m من النواة .
     b.  أوجد مقدار واتجاه القوة المؤثرة في إلكترون موضوع على البعد السابق من النواة .
الحل :

a.     


b. 
  




6-2 تطبيقات المجالات الكهربائية


72. إذا بذل شغل مقداره
120 J لتحريك شحنة مقدارها 2.4 C من اللوح الموجب إلى اللوح السالب ، كما هو موضح في الشكل التالي ، فما فرق الجهد الكهربائي بين اللوحين ؟



الحل :



73. ما مقدار الشغل اللازم لنقل شحنة مقدارها 0.15 C خلال فلاق جهد كهربائي مقداره 9.0 V ؟

الحل :



74. بذلت بطارية شغلا مقداره 1200 J لنقل شحنة كهربائية . ما مقدار هذه الشحنة المنقولة إذا كان فرق الجهد بين طرفي البطارية 12 V ؟

الحل :



75. إذا كانت شدة المجال الكهربائي بين لوحين متوازيين مشحونين 1.5x103 N/C ، والبعد بينهما 0.060 m فما فرق الجهد الكهربائي بين اللوحين بوحدة الفولت ؟
الحل :





76. تبين قراءة فولتمتر أن فرق الجهد الكهربائي بين لوحين متوازيين مشحونين 70.0 V . إذا كان البعد بين اللوحين 0.020 m فما شدة المجال الكهربائي بينهما ؟
الحل :



77. يختزن مكثف موصول بمصدر جهد 45.0 V شحنة مقدارها 90.0 µC . ما مقدار سعة المكثف ؟

الحل :




78. تم تثبيت قطرة الزيت الموضحة في الشكل التالي والمشحونة بشحنة سالبة في مجال كهربائي شدته 5.6x103 N/C . فإذا كان وزن القطرة 4.5 x10-15 N :
a.    فما مقدار الشحنة التي تحملها القطرة ؟
b.  و ما عدد الإلكترونات الفائضة التي تحملها القطرة ؟



الحل :
a.  
  

b.   


79. ماشحنة مكثف سعة 15.0 pF عند توصيله بمصدر جهد 45.0 V ؟
الحل :




80. إذا لزم قوة مقدارها 0.065 N لتحريك شحنة مقدارها 37 µC مسافة 25 cm في مجال كهربائي منتظم ، كما يوضح الشكل التالي ، فما مقدار فرق الجهد الكهربائي بين النقطتين ؟


الحل :



81. آلة التصوير يعبر عن الطاقة المختزنة في مكثف سعته C ، وفرق الجهد الكهربائي بين طرفيه V كما يلي : W =1/2 C∆V 2 . زمن التطبيقات على ذلك آلة التصوير الغلكترونية ذات الفلاش الضوئي ، كالتي تظهر في الشكل التالي . إذا شحن مكثف في آلة تصوير مماثلة سعته 10.0 µF ، إلى أن اصبح فرق الجهد عليه 3.0x102 V ، فما مقدار الطاقة المختزنة في المكثف ؟



الحل :



82. افترض أن شحن المكثف في المسألة السابقة استغرق 25s ، وأجب عما يلي :
      a.   أوجد متوسط القدرة اللازمة لشحن المكثف خلال هذا الزمن .
      b.  عند تفريغ شحنة هذا المكثف خلال مصباح الفلاش يفقد طاقته كاملة خلال زمن مقداره 1.0x10-4 s . أوجد القدرة التي تصل إلى مصباح الفلاش .
      c.   ما أكبر قيمة ممكنة للقدرة ؟
الحل :

     a.  
  

     b.     

     c.   

 تتناسب القدرة عكسيا مع الزمن ، فكلما قل الزمن استهلاك كمية محددة من الطاقة زادت القدرة الناتجة .

83. الليزر تستخدم أجهزة الليزر لمحاولة إنتاج تفاعلات اندماج نووي مسيطر عليها . ويتطلب تشغيل هذه الليزرات نبضات صغيرة من الطاقة تخزن في غرف كبيرة مملوءة بالمكثفات . وتقدر السعة الكهربائية لغرفة واحدة بـ 61x10-3 F تشحن حتى يبلغ فرق الجهد عليها 10.0 kV .
     a.   إذا علمت أن W = 1/2C∆V2 فأوجد الطاقة المختزنة في المكثفات .
     b.  إذا تم تفريغ المكثفات خلال 10 ns ( أي 1.0 x10-8 s ) فما مقدار الطاقة الناتجة ؟
      c.   إذا تم شحن المكثفات بمولد قدرته 1.0 kW ، فما الزمن بالثواني اللازم لشحن المكثفات ؟
الحل :
     a.  
  

     b.     



  
     c.  
  


مراجعة عامة
84. ما مقدار الشغل المبذول لتحريك شحنة مقدارها 0.25 µC بين لوحين متوازيين ، البعد بينهما 0.40 cm ، إذا كان المجال بين اللوحين 6400 N/C ؟

الحل :



85. ما مقدار الشحنات المختزلة في مكثف ذي لوحين متوازيين سعته 0.22 µF ، إذا كان البعد بين لوحيه 1.2 cm ، والمجال الكهربائي بينهما 2400 N/C ؟

الحل :



86. يبين الشكل التالي كرتين فلزيتين صغيرتين متماثلتين ، البعد بينهما 25 cm ، وتحملان شحنتين مختلفتين في النوع ، مقدار كل منهما 0.060 µC . إذا كان فرق الجهد بينهما 300 V فما مقدار السرعة الكهربائية للنظام ؟



الحل :



ارجع إلى المكثف الموضح في الشكل 6-26 عند حل المسائل 87-90 .

87. إذا شحن هذا المكثف حتى أصبح فرق الجهد بين لوحيه 120 V فما مقدار الشحنة المختزنة فيه ؟

الحل :



88. ما مقدار شدة المجال الكهربائي بين لوحي المكثف ؟
الحل :





89. إذا وضع إلكترون بين لوحي المكثف فما مقدار القوة المؤثرة فيه ؟
الحل :




90. ما مقدار الشغل اللازم لتحريك شحنة إضافية مقدارها 0.010 µC بين لوحي المكثف عندما يكون فرق الجهد بينهما 120 V ؟


الحل :



ارجع إلى الرسم البياني الموضح في الشكل التالي ، الذي يمثل الشحنة المختزنة في مكثف في أثناء زيادة فرق الجهد عليه ، عند حل المسائل 91-95 .




91. ماذا يمثل ميل الخط الموضح على الرسم البياني ؟
الحل :
السعة الكهربائية للمكثف .
92. ما سعة المكثف الممثل في هذا الشكل ؟
الحل :
 0.50 μF = الميل = C
93. ماذا تمثل المساحة تحت الخط البياني ؟
الحل :
الشغل المبذول لشحن المكثف .

94. ما مقدار الشغل اللازم لشحن هذا المكثف ليصبح فرق الجهد بين لوحيه 25 V ؟

الحل :



95. لماذا لا يساوي الشغل الناتج في المسألة السابقة المقدار q ∆V ؟
الحل :
لان فرق الجهد لا يكون ثابتا في أثناء شحن المكثف ، لذا يجب حساب المساحة تحت المنحنى البياني لإيجاد الشغل ، وليس فقط من حسابات ضرب بسيطة .

96. مثل بيانيا شدة المجال الكهربائي الناشئ بالقرب من شحنة نقطية موجبة ، على شكل دالة رياضية في البعد عنها .
الحل :



97. أين يكون المجال الكهربائي الناشئ عن شحنة نقطية صفرا ؟
الحل :
لا يوجد مكان ، أو عند مسافة لا نهائية من الشحنة النقطية .

98. ما شدة المجال على بعد 0m من شحنة نقطية ؟ هل هناك شيء يشبه الشحنة النقطية تماما ؟
الحل :
لا نهائي ، لا . 

التفكير الناقد
99 . تطبيق المفاهيم على الرغم من تصميم قضيب مانعة الصواعق ليوصل الشحنات بأمان إلى الأرض ، إلا ان هدفه الرئيس هو منع ضربة الصاعقة في المقام الأول ، فكيف تؤدي مانعة الصواعق هذا الهدف ؟
الحل :
إن النقطة الحادة عند نهاية القضيب تسرب شحنات إلى الغلاف الجوي قبل أن ينتج عن تراكمها فرق جهد يكون كافيا لحدوث ضربة صاعقة البرق .


100. حلل واستنتج وضعت الكرتان الصغيرتان A وB على محور x ، كما هو موضح في الشكل التالي فإذا كانت شحنة الكرة A تساوي 3.00x10-6 C ، والكرة B تبعد مسافة مقدارها 0.800 m عن يمين الكرة A ، وتحمل شحنة مقدارها -5.00x10-6 C فما شدة المجال الكهربائي واتجاهه عند نقطة فوق المحور x ، بحيث تشكل هذه النقطة رأس مثلث متساوي الأضلاع مع الكرتين A و B ؟

الحل :




101. حلل واستنتج في طابعة نفث الحبر ، تعطى قطرات الحبر كمية معينة من الشحنة قبل ان تتحرك بين لوحين كبيرين متوازيين ، والهدف منها توجيه الشحنات بحيث يتم إيقافها لتتحرك في قناة ، لكي لا تصل إلى الورقة ، كما هو موضح في الشكل التالي . ويبلغ طول كل لوح 1.5 cm ، ويتولد بينهما مجال كهربائي مقداره 1.2x106 N/C . فإذا تحركت قطرات حبر ، كتلة كل منها 0.10 ng وشحنتها 1.0x10-16 C ، أفقيا بسرعة 15 m/s في اتجاه مواز للوحين ، كما في الشكل ، فما مقدار الإزاحة الرأسية للقطرات لحظة مغادرتها اللوحين ؟ لمساعدتك على إجابة السؤال أجب عن الأسئلة التالية :
     a.   ما القوة الراسية المؤثرة في القطرات ؟
     b.  مامقدار التسارع الرأسي للقطرات ؟
     c.   ما الزمن الذي بقيت فيه القطرات بين اللوحين ؟
     d.  ما إزاحة القطرات ؟



الحل :
a.  

b. 
  

c.  
  

d. 



102. تطبيق المفاهيم افترض أن القمر يحمل شحنة فائضة تساوي -q وأن الأرض تحمل شحنة فائضة تساوي +10 q ، ما مقدار الشحنة q التي تنتج مقدار القوة نفسه الناتج عن قوة الجاذبية بين كتلتيهما ؟

الحل :



الكتابة في الفيزياء
103. اختر اسما لوحدة كهربائية ، مثل : الكولوم ، او الفولت ، او الفاراد ، وابحث عن حياة وعمل العالم الذي سميت باسمه . واكتب مقالة موجزة عن هذا العالم على أن تتضمن مناقشة العمل الذي برر إطلاق اسمه على تلك الوحدة .
الحل :
اختر احد المقالات التالية للاجابة على السؤال : 
- مقال وحدة الكولوم : انقر هنا 
- مقال وحدة الفولت : انقر هنا 
- مقال وحدة الفاراد : انقر هنا 

مراجعة تراكمية
104. إذا كانت القوة بين شحنتين Q و q تساوي F عندما كانت المسافة بينهما r ، فاوجد مقدار القوة الجديدة التي تنتج في كل حالة من الحالات التالية :
a.   مضاعفة r ثلاث مرات .
b.  مضاعفة Q ثلاث مرات .
c.   مضاعفة كل من r و Q ثلاث مرات .
d.  مضاعفة كل من r و Q مرتين .
e.   مضاعفة كل من r و Q و q ثلاث مرات .
الحل :
      a.     F/9
      b.     3F
      c.     F/3
      d.    F/2
      e.      F





تم بحمد الله


نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "



بالتوفيق للجميع ...^_^






هناك تعليقان (2):