جواب تمرین های آخر فصل ۴ فیزیک دهم - همیار آموزش

جواب پرسش ها و مسئله های فیزیک دهم فصل چهارم

فصل ۴ فیزیک دهم /در بخش زیر جواب تمرینات آخر کتاب فیزیک دهم برای رشته های ریاضی و تجربی را قرار داده ایم. /
رشته تجربی : جواب صفحه ۱۱۸ ، ۱۱۹ و ۱۲۰
رشته ریاضی: جواب صفحه ۱۲۴ ، ۱۲۵ و ۱۲۶

توجه لطفا به جدول انتهای مطلب جهت راهنمایی علامت ها و واحد ها مراجعه کنید!

۴-۱ دماسنجی

۱- دماهای زیر را بر حسب درجه سلسیوس و فارنهایت مشخص کنید:
جهت بزرگنمایی روی آن کلیک کنید!👇
الف) ۰K

ب) ۲۷۳K

پ) ۳۷۳K

ت) ۵۴۶K 

۲- برای اندازه گیری دمای یک جسم توسط دماسنج به چه نکاتی باید توجه کنیم؟ (راهنمایی: به نکاتی که در فصل ۱ خواندید نیز توجه کنید)
پاسخ: ۱ -دماسنج دقت لازم را برای اندازه گیری داشته باشد.
۲ -شخص آزمایشگر مهارت لازم را برای اندازه گیری داشته باشد.
۳ -اندازه گیری چند بار تکرار شود و پس از حذف اعدادی که فاصله زیادی با اعداد دیگر دارند، میانگین اعداد باقی مانده را محاسبه کنی.
۴ -مقداری صبر شود تا دماسنج با جسم به تعادل دمایی برسد.

۳- شکل زیر، یک خط کش فلزی را که در آن سوراخی ایجاد شده است در دو دمای متفاوت نشان می‌دهد (برای روشن بودن مطلب، انبساط به صورت اغراق آمیزی رسم شده است.) از این شکل چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟
پاسخ: این شکل نشان می دهد که انبساط گرمایی باعث انبساط جسم در تمام ابعاد می شود. حتی اگر حفره ای هم داخل جسم باشد، حفره هم به همان نسبت منبسط می شود.

۴- شکل روبه رو چهار صفحه فلزی هم جنس به اضلاع متفاوت را در یک دما نشان می‌دهد. اگر دمای همه آنها را به اندازه یکسان زیاد کنیم،

الف) ارتفاع کدام صفحه یا صفحه‌ها بیشتر افزایش پیدا می‌کند؟
پاسخ: طبق رابطه انبساط طولی ΔL = L₁αΔT هرچه ارتفاع اولیه بیشتر باشد، افزایش ارتفاع نیز بیشتر می شود. بنابراین افزایش ارتفاع در شکل های (۲)و(۳)بیشتر خواهد بود.
$$ ΔL_2 = ΔL_3 > ΔL_1 > ΔL_4 $$

ب) مساحت کدام یک بیشتر افزایش پیدا می‌کند؟
پاسخ: طبق رابطه انبساط سطحی ΔA = A₁αΔT هرچه مساحت اولیه بیشتر باشد، افزایش مساحت نیز بیشتر می شود.
$$ ΔL_3 > ΔL_2 > ΔL_1 = ΔL_4 $$

پ) اگر در هر چهارتای آنها روزنه کوچک هم اندازه‌ای وجود داشته باشد، افزایش قطر چهار روزنه در اثر افزایش دمای یکسان را با هم مقایسه کنید.
پاسخ: چون روزنه ها هم اندازه اند و هر چهار قطعه از یک جنس اند، افزایش قطر هر چهار روزنه به یک اندازه خواهد بود.  (همه یکسان هستند)

۵- یک بزرگراه از بخش‌های بتونی به طول ۲۵/۰m ساخته شده است.این بخش‌ها در دمای ۱۰/۰∘C، بتون ریزی و عمل آورده شده‌اند. برای جلوگیری از تاب برداشتن بتون در دمای ۵۰/۰∘C، مهندسان باید چه فاصله‌ای را بین این قطعه‌ها در نظر بگیرند؟(α_Concrete≈۱۴×۱۰^−۶K^−۱)

$$ ΔL = L1αΔT = (۲۵/۰m) × (۱۴×۱۰^{-۶} \dfrac{۱}{\degree C})×(۵۰/۰\degree C -۱۰/۰\degree C = ۱/۴×۱۰^{-۲}m = ۱/۴cm) $$

۶- یک ظرف آلومینیمی با حجم ۴۰۰cm۳ در دمای ۲۰/۰∘C به طور کامل از گلیسیرین پر شده است. اگر دمای ظرف و گلیسیرین به ۳۰/۰∘C سد، چقدر گلیسیرین از ظرف بیرون می‌ریزد؟

پاسخ به روش اول :

$$ ΔV_{گلسیرین} = V_{1گلسیرین} \betaΔT \\ \implies ΔV_{گلسیرین} = (۴۰۰cm^۳)×(۰/۴۹×۱۰^{-۳} \dfrac{۱}{\degree C} ) × (۳۰\degree C – ۱۰\degree C) \implies ΔV_{گلسیرین}= ۱/۹۶cm^۳ \\ ΔV_{Al}= (۳ \alpha) V_{1Al}ΔT \\ \implies ΔV_{Al}= (۴۰۰cm^۳)×(۳×۲۳×۱۰^{-۶} \dfrac{۱}{\degree C} × (۳۰\degree C-۱۰\degree C) = ۰/۲۷۶cm^۳ $$

$$ ΔV=ΔV_{گلسیرین} – ΔV_{Al} = (۱/۹۶cm^۳ – ۰/۲۷۶cm^۳ ) = ۱/۶۸۴cm^۳ \simeq ۱/۷cm^۳ $$

پاسخ به روش دوم :

$$ ΔV{گلسیرین}= \beta{گلسیرین}V_1Δ\theta \\ ΔV{ظرف}= \beta{آلمینیوم}V_1Δ\theta \\ V= ΔV{گلسیرین}-ΔV{ظرف} = ( \beta{گلسیرین} – \beta{آلمینیوم} )V_1Δ\theta $$

$$(۴۹×۱۰^{-۵}K^{-۱}-۳(۲۳×۱۰^{-۵}K^{-۱} ))(۴۰۰cm^۳) (۳۰/۰\degree C – ۲۰/۰\degree C)= ۱/۶۸۴cm۳ \simeq ۱/۷cm^۳ $$

۷- مقداری بنزین در مخزنی استوانه‌ای به ارتفاع h=۱۰m ریخته شده است. در دمای C^ـ∘10− فاصله بین سطح بنزین تا بالای ظرف برابر Δh=۵۰cm است. اگر از انبساط ظرف در نتیجه افزایش دما چشم پوشی شود، در چه دمایی بنزین از ظرف سرریز می‌شود؟
پاسخ: چون سطح مقطع ظرف ثابت است، حجم بنزین داخل مخزن متناسب با ارتفاع بنزین داخل آن است. بنابراین در فرمول انبساط حجمی به جای V∆ و V_۱ به ترتیب h∆A و Ah_۱ قرار میدهیم و چنین بهدست
میآوریم:

با توجه به h2 = h + ∆h1 داریم:

۸- در شکل زیر با کاهش دما، نوار دوفلزه به طرف پایین خم می‌شود. اگر یکی از نوارها، برنجی و نوار دیگر فولادی باشد؛الف) نوار بالایی از چه جنسی است؟ (2پاسخ برای شما آماده کرده ایم)
پاسخ به روش اول: با کاهش دما، طول فلزات کاهش می یابد. چون ضریب انبساط طولی برنج از فولاد بیشتر است، کاهش طول برنج در اثر کاهش دما بیشتر از کاهش طول فولاد است. بنابراین فلز بالایی از جنس فولاد و فلز پایینی از جنس برنج است.
پاسخ به روش دوم: چون با کاهش دما، نوار به سمت پایین خم شده است ضریب انبساط طولی نوار پایین باید بیشتر از نوار بالایی بوده باشد. اگر به جدول ۱-۴ مراجعه کنید در می یابید که ضریب انبساط طولی برنج بیشتر از فولاد است و بنا بر این، نوار بالایی از جنس فولاد است.
ب) اگر نوارها را گرم کنیم به کدام سمت خم می‌شوند.
پاسخ به روش اول: با کاهش دما، طول فلزات کاهش می یابد. چون ضریب انبساط طولی برنج از فولاد بیشتر است، افزایش طول برنج در اثر افزایش دما بیشتر از افزایش طول فولاد است. بنابراین با توجه به اینکه فلز پایینی از جنس برنج است، مجموعه به سمت بالا خم می شود.
پاسخ به روش دوم: در این صورت نوار در جهت مخالف خم میشود به طوری که برنج کمان بیرونی شود

۹- طول خط‌های لوله گاز، نفت و فراورده‌های نفتی در کشورمان که عمدتا مواد سوختی را از جنوب کشور به مرکز و شمال منتقل می‌کند به چند هزار کیلومتر می‌رسد. دمای هوا در زمستان ممکن است تا C^{ـ ∘}۱۰− و در تابستان تا C^ـ∘۵۰+ برسد. جنس این لوله‌ها عموما از فولاد با a≈۱۰×۱۰−۶K−۱ است. طول خط لوله، بین دو ایستگاه تهران – اصفهان تقریبا ۲۳۰km است.

الف) در اثر این اختلاف دما، این خط چقدر منبسط می‌شود؟ پاسخ: ب) چگونه می‌توان تأثیر این انبساط را برطرف کرد؟
پاسخ: با عایق بندی مناسب می توان از تغییر دما و در نتیجه انبساط خط لوله تا حد قابل توجهی جلوگیری کرد.

۱۰- در یک روز گرم یک باری مخزنی حامل سوخت با ۳۰،۰۰۰L بنزین بارگیری شده است. دمای هوا در محل تحویل سوخت C^ـ∘۲۰/۰ کمتر از محلی، است که در آنجا سوخت بار زده شده است. راننده چند لیتر سوخت را در این محل تحویل می‌دهد؟
پاسخ به روش اول:

پاسخ به روش دوم:

$$ ΔV = V_۱\betaΔT = (۳۰۰۰۰L)×(۱×۱۰^{-۴}K^{-۱}×(-۲۰K)=۶۰۰L \\ ΔV=V_۲-V_۱ \implies -۶۰۰L = V_۲ – ۳۰۰۰۰L \implies V_۲ = ۲۹۴۰۰L \simeq ۲/۹۴ ×۱۰^{۴}L $$

با توجه به اینکه Q=Pt است داریم:

۱۱- برای گرم کردن ۲۰۰g آب جهت تهیه چای، از یک گرمکن الکتریکی غوطه ور در آب استفاده می‌کنیم. روی برچسب گرمکن ۲۰۰W نوشته شده است. با نادیده گرفتن اتلاف گرما، زمان لازم برای رساندن دمای آب ازC^ـ∘۳۰/۰ به C^ـ∘۱۰۰ را محاسبه کنید.پاسخ به روش دوم:

$$ Q=mc\Delta T = (۰/۲Kg)× (۴۲۰۰\dfrac{J}{Kg\degree C})×(۱۰۰\degree C-۳۰\degree C) = ۵۸۸۰۰J \\ P= \dfrac{Q}{P} \implies t= \dfrac{Q}{P} = \dfrac{۵۸۸۰۰J}{۲۰۰W}=۲۹۴s $$

جواب تمرینات آخر فصل درحال آماده سازی میباشد و بزودی با بهترین پاسخها این قسمت تکمیل میشود!