جواب تمرینات آخر فصل ۲ فیزیک یازدهم ریاضی

جواب تمرینات آخر فصل ۲ فیزیک یازدهم ریاضی

جواب صفحه ۷۹، ۸۰، ۸۱ و ۸۲ فیزیک یازدهم

جواب فصل ۲ فیزیک یازدهم / پرسش‌ها و مسئله‌های فصل ۲ صفحه ۷۹، ۸۰، ۸۱ و ۸۲ فیزیک یازدهم

فرمول های فصل دوم فیزیک یازدهم ریاضی:

جواب مسئله‌های صفحه ۷۹ فیزیک یازدهم

۱-۲ و ۲-۲ جریان الکتریکی، مقاومت الکتریکی و قانون اهم

۱- در کدام یک از ‌شکل‌های زیر، لامپ روشن می‌شود؟
جواب: شکل پ
در شکل (الف) روشن نمیشود زیرا فقط یک راه برای ورود بار به لامپ وجود دارد و راه خروجی وجود ندارد.
در شکل (ب) نیز سیم فقط به یک قطب (پایانه) باتری وصل شده است و اختلاف پتانسیل ایجاد نمیشود.
در شکل (پ) شرایط برای روشن شدن لامب مهیا است.

۲- در مدار شکل زیر اختلاف پتانسیل دو سر لامپ ۴/۰V۴/۰ و مقاومت آن ۵/۰Ω۵/۰Ω است. در مدت ۵ دقیقه چه تعداد الکترون از لامپ می‌گذرد؟

۳- بررسی کنید اگر مته برقی (دریل) معیوبِ ‌شکل‌های زیر را با دوشاخه (شکل- الف) یا سه شاخه (شکل- ب) به پریز وصل کنیم، چه رخ می‌دهد؟
جواب: سیم دریل کنده شده و به بدنه وصل است. در حالت اول که دریل دو شاخه ساده دارد جریان الکتریکی راهی جز ورود به دست انسان ندارد و موجب برقگرفتگی انسان میشود.
در حالت دوم چون سیم اتصال به زمین وجود دارد، جریان الکتریکی از سیم اتصال به زمین (که مقاومت الکتریکی کمتری نسبت به بدن انسان دارد) به زمین وارد میشود و فرد دچار برق گرفتگی نمیشود.

۴- آذرخش مثالی جالب از جریان الکتریکی در پدیده‌های طبیعی است. در یک آذرخش نوعی۱/۰ ×J ۱۰^۹ انرژی تحت اختلاف پتانسیل V ۵/۰×۱۰^۷ در بازه زمانی ۰/۲۰s آزاد می‌شود. با استفاده از این اطلاعات
الف) مقدار بار کل منتقل شده بین ابر و زمین.

ب) جریان متوسط در یک یورش آذرخش.

پ) توان الکتریکی آزاد شده در ۰/۲۰s۰/۲۰ را به دست آورید.

۵- در آزمایش تحقیق قانون اهم، نتایج جدول زیر به دست آمده است.

نمودار ولتاژ بر حسب جریان را رسم کنید و با فرض ثابت ماندن دما تعیین کنید در چه ‌محدوده‌ای رفتار این مقاومت از قانون اهم پیروی می‌کند.

در محدوده ولتاژ ۰ تا ۷ ولت

۶- شکل زیر نمودار I−V− را برای دو رسانای A و B نشان می‌دهد. مقاومت کدام یک بیشتر است؟ چرا؟

با توجه به شکل مشاهده میکنیم نمودار B با ولتاژ کمتر جریان بیشتری از خود عبور میدهد و اما شیب نمودار A کم تر است یعنی جریان کمتری از خود عبور میدهد پس میتوانیم نتیجه بگیریم چون نمودار A جریان کمتری از خود عبور میدهد مقاومت بیشتری دارد ۳-۲ عوامل مؤثر بر مقاومت الکتریکی

۷- دو رسانای فلزی از یک ماده ساخته شده‌اند و طول یکسانی دارند. رسانای A سیم تو پری به قطر ۱/۰mm است. رسانای B لوله‌ای تو خالی به شعاع خارجی ۲/۰mm و شعاع داخلی ۱/۰mm است. مقاومت رسانای A چند برابر مقاومت رسانای B است؟
پاسخ به روش اول:
هر دو رسانا طول یکسانی دارند اما مساحت سطح مقطعشان متفاوت است. مساحت هر دو را بدست می‌اوریم، در فرمول مقاومت R قرار میدهیم و با هم مقایسه میکنیم:

پاسخ به روش دوم:

۸- در ماشین‌های چمن زنی برقی برای مسافت‌های حداکثر تا ۳۵m۳۵ از سیم‌های مسی نمره ۲۰ (قطر ۰/۰۸cm۰/۰۸) و برای مسافت‌های طولانی‌تر از سیم‌های ضخیم تر نمره ۱۶ (قطر ۰/۱۳cm۰/۱۳) استفاده می‌کنند تا بدین ترتیب مقاومت سیم را استفاده می‌کنند تا بدین ترتیب مقاومت سیم ر اتا آنجا که ممکن است کوچک نگه دارند.

الف) مقاومت یک سیم ۳۰ متری ماشین چمن زنی چقدر است؟

ب) مقاومت یک سیم ۷۰ متری ماشین چمن زنی چقدر است؟ (دمای سیم ها را ۲۰∘C۲۰∘ در نظر بگیرید.)

جواب مسئله‌های صفحه ۸۰ فیزیک یازدهم

۹- مقاومت رشته درونی یک برشته کن که از جنس نیکروم است، در حالت روشن (دمای C^ـ ^∘۱۲۰۰) برابر ۴۴Ω است. مقاومت این رشته در دمای C^ـ ^∘۲۰ چقدر است؟ (از تغییر طول و قطر رشته در اثر تغییر دما چشم پوشی شود).

۴-۲ نیروی محرکۀ الکتریکی و مدارها
۱۰- شکل زیر یک مشابهت سازی مکانیکی برای درک مقاومت و نیروی محرکه الکتریکی را نشان می‌دهد که در آن بر سطح شیب داری میخ‌هایی تعبیه شده و تیله‌ها از ارتفاع بالای سطح شیب دار رها می‌شوند و سپس دوباره به بالای سطح شیب دار بازگردانده می‌شوند. این مشابهت سازی مکانیکی را توجیه کنید

کاری که ما برای بالای بردن گلوله ها انجام می دهیم ،همانند: کار نیروی محرکه مولد برای انتقال بار الکتریکی از یک پایانه مولد به پایانه دیگر و سطح شیبدار هم همانند: مدار الکتریکی است. در یک مسیر رفت تمام انرژیی که ما به گلوله دادیم یا مولد به الکترون ها داده است، به علت مقاومت میخ یا مقاومت اتم ها در برابر الکترون ها از بین رفته و به پایین سطح شیبدار می رسد، در مرحله بعد بازهم این عمل تکرار می شود.

۱۱- اختلاف پتانسیل دو سر باتری خودروهای سواری برابر ۲ ولت است.اگر هشت باتری قلمی ۱/۵ ولتی را به طور متوالی به یکدیگر وصل کنیم، اختلاف پتانسیل دو سر مجموعه آنها نیز برابر ۱۲ ولت می‌شود. توضیح دهید چرا در خودروها به جای باتری خودرو از هشت باتری قلمی استفاده نمی‌شود.
برای روشن شدن خودرو نیاز به جریان زیادی است که باتری های قلمی چون مقاومت داخلی زیادی دارند نمی توانند جریان لازم برای استارت خودرو را تامین کنند به عبارت دیگر، با اینکه نیروی محرکه مجموعه باتری ها ۱۲ ولت است، ولی به دلیل افزایش مقاومت داخلی، جریان عبوری کاهش می یابد و استارت خوردن خودرو دچار مشکل می شود.

۱۲- یک باتری را در نظر بگیرید که وقتی به مدار بسته نیست پتانسیل دو سرش برابر ۱۲/۰V است. وقتی یک مقاومت ۱۰/۰Ω به این باتری بسته شود، اختلاف پتانسیل دو سر باتری به ۱۰/۹V کاهش می‌یابد. مقاومت داخلی باتری چقدر است؟

جواب به روشی دیگر:

۱۳- در مدار شکل زیر جریان در مدار و اختلاف پتانسیل بین دو نقطه A و B (VB−VA)(−) را محاسبه کنید.

برای پیدا کردن اختلاف پتانسیل دو نقطه در جهت ساعتگرد از نقطه A به نقطه B بررسی میکنیم.

۱۴- در شکل زیر

الف) اختلاف پتانسیل دو سر مولدها را به دست آورید.

ب) پتانسیل نقطه A را تعیین کننید.
برای پیدا کردن پتانسیل نقطه A ، در جهت پاد ساعتگرد از نقطه A به نقطه E بررسی میکینم.

۵-۲ توان در مدارهای الکتریکی
۱۵- دو لامپ رشته‌ای در اختیار داریم که جنس و طول رشته آنها یکسان است، ولی رشته لامپ B ضخیم‌تر از رشته لامپ A است. وقتی لامپ‌ها به ولتاژ یکسانی وصل شوند، کدام لامپ پرنورتر خواهد بود و چرا؟
لامپی پر نورتر خواهد شد که مقاومت کم‌تری دارد و جریان بیش‌تری از آن می‌گذرد و انرژی بیش‌تری مصرف کند، پس لامپ B که مساحت سطح مقطع بیش‌تری دارد پرنورتر ‌شود

۱۶- بر روی وسیله‌های الکتریکی، اعداد مربوط به ولتاژ و توان نوشته می‌شود. برای دو وسیله زیر،

الف) سیم‌های اتصال به برق آنها باید بتواند حداقل چه جریانی را از خود عبور دهد؟

ب) مقاومت الکتریکی هر وسیله در حالت روشن چقدر است؟

۱۷- لامپ یک چراغ قوه معمولی با ولتاژ ۲/۹V کار می‌کند و در این حالت توان مصرفی آن ۰/۸۷W میشود. اگر مقاومت رشته تنگستنی این لامپ در دمای اتاق ( C^ـ ^∘۲۰) برابر ۱/۱Ω باشد، دمای این رشته وقتی که لامپ روشن است، چقدر می‌شود؟

۱۸- شکل زیر جریان I را در یک مدار تک حلقه‌ای با باتری B و مقاومت‌های R_۱ و R_۲ (و سیم‌هایی با مقاومت ناچیز) نشان می‌دهد.
الف) قطب‌های پایانه‌های B را مشخص کنید. در نقاط a، b و c
پاسخ: درمدار الکتریکی تک حلقه ای،جریان الکتریکی از یایانه مثبت،به طرف یایانه منفی می باشد
ب) بزرگی جریان،
پاسخ: بزرگی جریان در کلیه‌ی قسمت‌های مدار ثابت است
پ) پتانسیل الکتریکی و
پاسخ: در جهت جریان ، پتانسیل الکتریکی کاهش میابد.

ت) انرژی پتانسیل الکتریکی حامل‌های بار مثبت را به گونه‌ای مرتب کنید که بیشترین مقدار در ابتدا باشد.
پاسخ: نقاطی از مدار که به پایانه‌ی مثبت نزدیک‌تر است، انرژی پتانسیل الکتریکی حامل‌های بار مثبت در آن بیشتر است

۱۹- تلویزیون و یکی از لامپ‌های خانه خود را درنظر بگیرید و فرض کنید که هرکدام روزی ۸ ساعت با اختلاف پتانسیل ۲۲۰ولت روشن باشد.
الف) انرژی الکتریکی مصرفی هرکدام در یک دوره یک ماهه ۳۰ روز(چند) kWh است؟ (توان مصرفی هر وسیله را از روی آن بخوانید.)
پاسخ: فرض کنید یک لامپ ۱۰۰ وات و یک تلویزیون ۲۰۰۰ وات داریم، روزی هشت ساعت در ماه برابر است با ۲۴۰ ساعت ‌شود . پس انرژی مصرفی در طول ۳۰ روز برابر خواهد بود با:

ب) بهای برق مصرفی هر کدام از قرار هر کیلووات ساعت ۵۰ تومان در یک دوره یک ماهه چقدر می‌شود؟ پاسخ:

پ) اگر در شهر شما هر خانه یک لامپ ۱۰۰ وات اضافی را به مدت ۳ ساعت در شب روشن کند، در طول یک ماه تقریباً چند کیلووات ساعت انرژی الکتریکی اضافی مصرف می‌شود؟
پاسخ: اگر یک لامپ 100 وات هر شب 3 ساعت روشن باشد، در ماه حدود 90 ساعت ‌شود برای محاسبه مصرف انرژی شهرتان تعداد خانه ها را در ۹ کیلووات ساعت ضرب کنید.

۲۰- در شکل زیر،

الف) نیروی محرکه الکتریکی و مقاومت داخلی منبع را که توان خروجی آن به ازای I_۱=۵/۰۰ برابر ۹/۵۰W و به ازای I_۲=۷/۰۰A برابر ۱۲/۶W است، محاسبه کنید.
پاسخ به روش اول:پاسخ به روش دوم:

ب) نمودار اختلاف پتانسیل دو سر باتری برحسب جریان گذرنده از آن را رسم کنید.

۶-۲ ترکیب مقاومت‌ها
۲۱- لامپ‌های یک درخت زینتی، به طورمتوالی متصل شده‌اند. اگر یکی از لامپ‌ها بسوزد، چه اتّفاقی می‌افتد؟ به نظر شما چرا همه چراغ‌های خودرو (چراغ‌های جلو، عقب و …) به طور موازی بسته می‌شوند؟
پاسخ: سایر لامپ‌ها نیز خاموش می‌شوند – در حالت موازی اگر یکی از لامپ‌ها بسوزد یا به نحوی از مدار خارج شود، جریان در سایر بخش‌های مدار برقرار بوده و بقیه‌ی لامپ‌ها قابل استفاده هستند.

۲۲- مقاومت یک آمپرسنج برای اندازه گیری جریان در یک مدار باید چگونه باشد تا جریان اندازه گیری شده توسط آمپرسنج با جریان قبل از قرار دادن آمپرسنج، نزدیک به هم باشد؟
پاسخ: مقاومت یک آمپرسنج باید بسیار کم باشد تا جریان عبوری از مدار را به درستی نشان دهد.

۲۳- شکل زیر بخشی از یک مدار را نشان می‌دهد. بزرگی جهت جریان I در سیم پایین سمت راست چیست؟

جریان ورودی به گره را با علامت مثبت(+) و جریان خروجی از گره را با علامت منفی(-) در نظر می گیریم جواب جریان I اگر مثبت بود ورودی به گره بوده و اگر منفی بدست آمد خروجی ازگره خواهد بود.

۲۴ در شکل زیر، تعدادی لامپ مشابه به طور موازی به هم متصل شده‌اند و هر لامپ با کلیدی همراه است. بررسی کنید که با بستن کلیدها یکی پس از دیگری، عددهایی که آمپرسنج و ولت سنج نشان می‌دهند، چه تغییری می‌کند؟

آمپرسنج: در ابتدا آمپرسنج عدد صفر را نشان ‌دهد
با بستن اولین کلید جریان عبور خواهد کرد و آمپرسنج عددی را نشان خواهد داد، با ادامه بستن کلید ها آمپرسنج عددی بزرگ‌تری را نشان خواهد داد، زیرا لامپ ها به صورت موازی متصل شده‌اند و اتصال موازی باعث کاهش مقاومت و افزایش جریان عبوری
‌شود
ولت‌سنج: در ابتدا که جریان وجود ندارد
‌ولت سنج همان نیروی محرکه باتری را نشان می‌دهد . هنگام بستن کلیدها چون جریان مداوم افزایش خواهد یافت با افزایش جریان، باتری با افت پتانسیل مواجه خواهد شد (در اثر وجود مقاومت داخلی) پس عددی که ولت‌سنج نشان میدهد می با بستن کلیدها کاهش خواهد یافت.

۲۵- دو لامپ با مقاومت مساوی R را یک بار به طور متوالی و بار دیگر به طور موازی به یکدیگر می‌بندیم و آنها را هر بار به ولتاژ V وصل می‌کنیم. نسبت توان مصرف شده در حالت موازی به توان مصرف شده در حالت متوالی چقدر است؟
پاسخ: در حالت موازی مقاومت معادل برابر و در حالت سری مقاومت معادل برابر ۲R می‌باشد. پس نسبت توان مصرفی در حالت موازی به توان مصرفی در حالت متوالی به شکل زیر بدست می‌آید:

۲۶- در ‌شکل‌های زیر، آیا مقاومت‌ها به طور متوالی بسته شده اند یا موازی و یا هیچ کدام؟ الف) مقاومت ها یشت سر هم بسته شده‌اند و متوالی هستثد.
ب) هر دو سر مقاومت به دو سر مقاومت دیگری متصل است و موازی هستند.
ب) هر دو سر مقاومت به دو سر مقاومت دیگری متصل است و موازی هستند.
ت) مقاومت ها به صورت ترکیبی بسته شده اند. موازی و متوالی

۲۷- در مدار شکل زیر جریان در جهت نشان داده شده ۱/۲A است.

الف) نیروی محرکه ε۲۲ و VA−VB− چقدر است؟

ب) انرژی مصرف شده در R_۱ و R_۲ در مدت ۵/۰ ثانیه چقدر است؟

۲۸- سه مقاومت مشابه ۱۲ اُهمی را یک بار به طور متوالی و بار دیگر به طور موازی به یکدیگر می‌بندیم و به اختلاف پتانسیل ۱۲ ولت وصل می‌کنیم. در هر بار، چه جریانی از هر مقاومت می‌گذرد؟
اگر‌ سه مقاومت مشابه 12 اهمی را متوالی وصل کنیم: در حالت موازی جریان عبوری در هر مقاومت تقسیم میشود و باید جریان هر مقاومت را جداکانه بدست آوریم آما از آنجایی که مقاومت هر سه یکسان است، جریان هر سه یکسان میشود:

۲۹- دو مقاومت موازی ۶/۰ اُهمی و ۱۲ اُهمی به طور متوالی به یک مقاومت ۲/۰ اُهمی وصل شده است. اکنون، مجموعه مقاومت‌ها را به دو سر یک باتری آرمانی ۳۶ ولتی می بندیم. توان مصرفی در مقاومت ۶/۰ اُهمی را محاسبه کنید.

جواب به روش اول:

مقاومت معادل R۱ و R۲ از رابطه به دست می آید. سپس با مقاومت سوم جمع جبری میشود: حال جریان گذرنده از مقاومت‌ 6 اهمی را محاسبه می‌کنیم:

جواب به روش دوم:

۳۰- در شکل زیر، وقتی کلید بسته شود چه جریانی از هر لامپ رشته‌ای می‌گذرد؟

جواب: ابتدا‌ مدار‌ ‌شود ما به شکل زیر تبدیل می‌شود: ‫پس از مقاومت ۴ اهمی ۳ آمپر میگذرد و اما این ۳ آمپر بین دو مقاومت ۳ و ۶ اهمی تقسیم میشود مقاومت ۳ اهمی چون نصف مقاومت ۶ اهمی است، جریان دو برابر بیشتر از آن نسبت به مقاومت شش اهمی می گذرد. یعنی از ۳ آمپر، یک آمپر از مقاومت ۶ اهمی و دو آمپر از مقاومت ۳ اهمی عبور خواهد کرد.

۳۱- جریانی که از منبع نیروی محرکه آرمانی و هر یک از مقاومت‌های شکل روبه رو می‌گذرد، چقدر است؟

جواب با توضیحات بیشتر:
اگر توجه کنید متوجه میشوید که تمام مقاومت 4Ω با هم موازی‌اند. بنابراین، عملاً چنین مداری داریم:

پس مقاومت معادل مدار چنین میشودو در نتیجه جریان عبوری از مدار معادل (و در نتیجه منبع نیروی محرکه) برابر است با

اکنون برای محاسبه جریان مقاومت های ، گام به گام عقب میرویم. توجه کنید که این جریان 3A از سه مقاومت موازی 4Ω می‌گذرد و مثلاً شکلی مانند شکل زیر داریم:

توجه کنید ها یکسان چون مقاومت است، جریان عبوری از آن ها نیز یکسان شده است (′I) و بنابراین داریم:

خود این از مقاومت های موازی 4Ω میگذرد؛ مثلاً شکلی مثل زیر داریم:

توجه کنید چون مقاومت است شده ها نیز یکسان ها یکسان است، جریان عبوری از آن (′′I) و بنابراین داریم:

۳۲- لامپ‌های A، B و C در شکل زیر همگی یکسان‌اند. با بستن کلید، کدام یک از تغییرات زیر در اختلاف پتانسیل رخ می‌دهد؟ (ممکن است بیش از یک پاسخ درست باشد).

الف) اختلاف پتانسیل دو سر A و B تغییر نمی‌کند.
جواب: نادرست

ب) اختلاف پتانسیل دو سرC و به اندازه %۵۰ کاهش می‌یابد.
جواب: نادرست، لامپ C اتصال کوتاه شده و اختلاف پتانسیل دو سر آن به صفر می‌رسد.‌
پ) هر یک از اختلاف پتانسیل‌های A و B به اندازه %۵۰ افزایش می‌یابد.
جواب: درست
ت) اختلاف پتانسیل دو سر C به صفر کاهش می‌یابد.
جواب: درست

۳۳- در سیم کشی منازل، همه مصرف کننده‌ها به طور موازی متصل می‌شوند. یک اتوی ۱۱۰۰W، یک نان برشته کن (توستر) ۱۸۰۰W، پنج لامپ رشته‌ای ۱۰۰W و یک بخاری ۱۱۰۰W به پریزهای یک مدار سیم کشی خانگی ۲۲۰V که حداکثر می‌تواند جریان ۱۵A را تحمل کند وصل شده‌اند. آیا این ترکیب مصرف کننده‌ها باعث پریدن فیوز می‌شود یا خیر؟

برای مشاهده سوالات و گام به گام کتاب‌های درسی خود، کافی است نام درس یا شماره صفحه مورد نظر را همراه با عبارت "همیار" در گوگل جستجو کنید.

جواب تمرینات آخر فصل ۲ فیزیک یازدهم ریاضی - همیار آموزش