جواب تمرینات آخر فصل ۴ صفحه ۱۲۸، ۱۲۹ تا ۱۳۰ فیزیک یازدهم ریاضی - همیار آموزش

جواب پرسش‌ها و مسئله‌های فصل ۴ صفحه ۱۲۸، ۱۲۹ تا ۱۳۰ فیزیک یازدهم ریاضی

جواب صفحه ۱۲۸، ۱۲۹ تا ۱۳۰ فیزیک یازدهم ریاضی / جواب فصل ۴ فیزیک یازدهم /

جواب صفحه ۱۲۸ فیزیک یازدهم

۱-۴ و ۴-۲ پدیدۀ القای الکترومغناطیسی و قانون القای الکترومغناطیسی فاراده
۱- دو سیملوله با حلقه‌های با مساحت یکسان ولی با تعداد دور متفاوت را مطابق شکل‌های زیر به ولت سنج حساسی وصل کرده‌ایم. دریافت خود را از این شکل‌ها بنویسید. (آهنرباها مشابه‌اند و با تندی یکسانی به طرف سیملوله‌ها حرکت می‌کنند.)جواب: در شکل الف و ب با ورود آهن ربا به پیچه نیرو محرکه و جریانی در آن القا شده است. با این تفاوت که در شکل ب که تعداد دور های پیچه بیشتر از شکل الف است نیرو محرکه و جریان بزرگتری القا میشود.

۲- دو سیملوله مشابه را مطابق شکل‌های زیر به ولت سنج حساسی وصل کرده‌ایم. دریافت خود را از شکل‌های زیر بنویسید. (آهنرباها مشابه‌اند ولی با تندی متفاوتی به طرف سیملوله حرکت می‌کنند.) جواب: در شکل ب سرعت حرکت آهن ربا و در نتیجه آهنگ تغییر شار بیشتر از شکل الف است ؛ بنابر این نیرو محرکه القایی بیشتر است.

۳- شکل داده شده ساختمان یک بادسنج را نشان می‌دهد. اگر این بادسنج را روی بام خانه نصب کنیم، به هنگام وزیدن باد میله آن می‌چرخد و ولت سنج عددی را نشان می‌دهد. الف) چرا چرخش میله سبب انحراف عقربه ولت سنج می‌شود؟
جواب: با چرخش میله، آهنربای متصل به آن نیز می چرخد و سبب تغییر شار مغناطیسی در فضای اطراف خود می شود. این امر سبب القای جریانی در سیم پیچ می شود.

ب) آیا با افزایش تندی باد، عددی که ولت سنج نشان می‌دهد تغییر می‌کند؟ چرا؟
جواب: با افزایش سرعت، آهنگ تغییر شار مغناطیسی نیز افزایش می یابد و در نتیجه جریان بزرگتری در سیم پیچ القا می شود.

پ) برای بهبود و افزایش دقت کار دستگاه دو پیشنهاد ارائه دهید.
جواب:  استفاده از سیم پیچی با تعداد دور بیشتر و آهنربای قوی تر با روغن کاری دستگاه و کاهش اصطکاک همچنین استفاده از ولت سنج دقیق تر می تواند سبب بهبود و افزایش دقت دستگاه شود.

۴- سطح حلقه‌های پیچه‌ای که دارای ۱۰۰۰ حلقه است، عمود بر میدان مغناطیسی یکنواختی که اندازه ۰/۰۴۰T و جهت آن از راست به چپ است، قرار دارد. میدان مغناطیسی در مدت ۰/۰۱۰sتغییر می‌کند و به ۰/۰۴۰T در خلاف جهت اولیه می‌رسد. اگر سطح هر حلقه پیچه ۵۰cm^۲باشد، اندازه نیروی محرکه القایی متوسط در پیچه را حساب کنید.

جواب به روش اول:

جواب به روش دوم:

۵- مساحت هر حلقه پیچه‌ای ۳۰cm۲ و پیچه متشکل از ۱۰۰۰ حلقه است. در ابتدا سطح پیچه‌ها بر میدان مغناطیسی زمین عمود است. اگر در مدت ۰/۰۲۰s پیچه بچرخد و سطح حلقه‌ها موازی میدان مغناطیسی زمین شود، نیروی محرکه متوسط القایی در آن چقدر است؟ اندازه میدان زمین ۰/۵۰G در نظر بگیرید.

۳-۴ قانون لنز

۶- قطب N یک آهنربا را مطابق شکل روبه رو به یک حلقه رسانا نزدیک می‌کنیم. جهت جریان القایی را در حلقه مشخص کنید.
جواب: طبق قانون لنز حلقه باید با نزدیک شدن آهنربا مخالفت کند، بنابراین مطابق شکل باید حلقه به آهنربایی با قطب های N و S تبدیل شود. در نتیجه جهت جریان القایی در حلقه باید ساعتگرد باشد

۷- دو آهنربای میله‌ای مشابه را مطابق شکل، به طور قائم از ارتفاع معینی نزدیک سطح زمین رها می‌کنیم به طوری که یکی از آنها از حلقه رسانایی عبور می‌کند. اگر سطح زمین در محل برخورد آهنرباها نرم باشد، مقدار فرورفتگی آهنرباها را در زمین با یکدیگر مقایسه کنید. (تأثیر میدان مغناطیسی زمین روی آهنرباها را نادیده بگیرید.)
جواب: آهنربا سمت چپ کم تر فرو می رود. زیرا هنگام دور شدن آهنربای سمت چپ از درون حلقه، طبق قانون لنز حلقه با دور شدن آهنربا مخالفت خواهد کرد و قسمت پایین آهنربا مطابق شکل به قطب N تبدیل می شود که این عمل باعث کم شدن سرعت آهنربا خواهد شد.

جواب صفحه ۱۲۹ فیزیک یازدهم

۸- جهت جریان القایی را در هریک از حلقه‌های رسانای نشان داده شده در شکل‌های زیر تعیین کنید.

جواب کوتاه: الف) ساعتگرد، ب) پاد ساعتگرد، پ) جریانی القا نمی‌شود.

جواب با توضیحات:
الف) شار مغناطیسی سیم بلند در درون حلقه برون سو و درحال افزایش است طبق قانون لنز، شار مغناطیسی حلقه باید با افزایش شار مخالفت کند با توجه به قاعده دست راست جهت جریان القایی ،ساعتگرد را بوجود می آورد.

ب) شار مغناطیسی سیم بلند در درون حلقه برون سو و در حال کاهش است طبق قانون لنز، شار مغناطیسی حلقه باید با کاهش شار مخالفت کند با توجه به قاعده دست راست جهت جریان القایی ،یاد ساعتگرد را بوجود می آورد.

پ) چون جریان ثابت است شار مغناطیسی سیم بلند در درون حلقه ثابت بوده و جریان القایی صفر می شود.

۹- شکل زیر سیملوله حامل جریانی را نشان می‌دهد که در حال دور شدن از یک حلقه رساناست. جهت جریان القایی را در حلقه با ذکر دلیل تعیین کنید. جواب: مطابق شکل با استفاده از قاعده دست راست، جهت قطب های سیملوله را مشخص می کنیم. حال با توجه به دور شدن سیملوله، طبق قانون لنز حلقه باید با دور شدن سیملوله مخالفت کند. بنابراین سمت راست حلقه به قطب N و سمت چپ آن به قطب S تبدیل می شود. در نتیجه جهت جریان القایی درون حلقه باید پادساعتگرد باشد

۱۰- اگر در مدار شکل زیر مقاومت رئوستا افزایش یابد، جریان القایی در حلقه رسانای داخلی در چه جهتی ایجاد می‌شود؟ جواب: با افزایش مقاومت رئوستا، جریان عبوری از مدار کاهش می یابد و در نتیجه شار عبوری از حلقه رسانا نیز کاهش می یابد. با توجه به جهت جریان و میدان مغناطیسی ناشی از مدار، جریان القایی در جهت یادساعتگرد در حلقه رسانا به وجود می‌آید.

۱۱- دو حلقه رسانا در نزدیکی یک سیم دراز حامل جریان ثابت I قرار دارند؛ این دو حلقه با تندی یکسان، ولی در جهت‌های متفاوت مطابق شکل زیر حرکت می‌کنند. جهت جریان القایی را در هر حلقه با ذکر دلیل تعیین کنید. جواب: در حلقه سمت چپ، چون به موازات سیم دراز حامل جریان ثابت I حرکت می کند، جریانی القا نمی شود. شار عبوری از حلقه در هر لحظه از زمان ثابت است و تغییری نمی کند. در حلقه سمت راست، جریان درجه ساعتگرد القا می شود تا کاهش شار عبوری از آن جبران شود.

۱۲- حلقه رسانای مستطیل شکلی را مطابق شکل زیر به طرف راست می‌کشیم و از میدان مغناطیسی درون سویی خارج می‌کنیم. جهت جریان القایی در حلقه در چه جهتی است؟

جواب: با خروج قاب میدان مغناطیسی و شار عبوری از آن کاهش میباشد و طبق قانون لنز برای مخالفت با تغییر شار ، ‘B القا شده در  مرکز قاب هم جهت با B و جریان القایی ساعتگرد است.

۱۳- شکل زیر رسانای U شکلی را درون میدان مغناطیس یکنواخت ^→B که عمود بر صفحه شکل و رو به داخل صفحه است نشان می‌دهد. وقتی میله فلزی CD به طرف راست حرکت کند، جهت جریان القایی در مدار در چه جهتی است؟
با حرکت میله ی CD به سمت راست، مساحت حلقه افزایش یافته و در نتیجه شار گذرنده از حلقه نیز افزایش می یابد. در این حالت طبق قانون لنز جهت میدان مغناطیسی ناشی از حلقه باید برون سو باشد تا با افزایش شار مغناطیسی مخالفت کند. بنابراین جهت جریان القایی پادساعتگرد خواهد بود

۱۴- در مدار نشان داده شده در شکل زیر، جهت جریان القایی را در مقاومت R در هریک از دو حالت زیر با ذکر دلیل پیدا کنید:

الف) در لحظه بستن کلید K.
با بستن کلید شار مغناطیسی افزایش می یابد میدان سیم لوله ها خلاف جهت هم می شود. در نتیجه جریان در مقاومت R از b به a می باشد

ب) در لحظه باز کردن کلید K.
با باز کردن کلید شار مغناطیسی کاهش می یابد میدان سیم لوله ها هم c جهت هم می شود. در نتیجه جریان در مقاومت  R از a به b  می‌باشد

جواب صفحه ۱۳۰ فیزیک یازدهم

۱۵- حلقه رسانای مربعی شکل، به طول ضلع ۱۰cm وارد میدان مغناطیسی درون سویی به اندازه ۲۰mT و سپس از آن خارج می‌شود.

الف) در کدام مرحله شار عبوری از حلقه بیشینه است؟ مقدار شار گذرنده از حلقه در این حالت چقدر است؟
در حالت دوم – زیرا تمام حلقه درون میدان مغناطیسی قرار دارد:

ب) در کدام وضعیت (ها) شار گذرنده از حلقه تغییر می‌کند؟ جهت جریان القایی را در حلقه تعیین کنید.
درشکل ۱و ۳ هنگام ورود و خروج قاب به میدان مغناطیسی شار مغناطیسی تغییر می کند. طبق قاعده دست راست و قانون لنز جهت جریان القابی در شکل ۱ پادساعتگرد و در شکل ۳ ساعتگرد است.

۱۶- حلقه رسانایی به طرف یک آهنربای میله‌ای حرکت می‌کند. شکل زیر، حلقه را در سه وضعیت نسبت به آهنربا نشان می‌دهد. جهت جریان القایی را در حلقه برای هر وضعیت به طور جداگانه تعیین کنید.

جواب کوتاه:
در حالت ۱: روبه بالا (پادساعتگرد)
در حالت ۲: جریانی القا نمی‌شود.
در حالت ۳: رو به پایین (ساعتگرد)

جواب با توضیحات:
در حالت (۱) حلقه در حال نزدیک شدن به آهن ربای میله ای بوده و شار عبوری از حلقه در حال افزایش است. در این حالت جهت جریان القایی درون حلقه باید به سمتی باشد که با افزایش شار مغناطیسی مخالفت کند. بنابراین مطابق شکل جهت جریان القایی درون حلقه به سمت بالا خواهد شد.
در حالت (۲) کل حلقه درون میدان قرار دارد و با تغییر مکان حلقه، ار مغناطیسی گذرنده از حلقه تغییری نمی کند و ثابت می ماند. بنابراین در این حالت جریانی درون حلقه القا نمی شود
در حالت (۳) حلقه در حال دور شدن به آهنربای میله ای بوده و شار عبوری از حلقه در حال کاهش است. در این حالت جهت جریان القایی درون حلقه باید به سمتی باشد که با کاهش شار مغناطیسی مخالفت کند. بنابراین مطابق شکل جهت I جریان القایی درون حلقه به سمت پایین خواهد شد.

۴-۴ القاگرها
۱۷- شکل زیر مداری را نشان می‌دهد؛ شامل یک القاگر (سیملوله)، باتری، رئوستا و آمپرسنج که به طور متوالی به یکدیگر بسته شده‌اند. اگر بخواهیم بدون تغییر ولتاژ باتری، انرژی ذخیره شده در القاگر را زیاد کنیم چه راهی پیشنهاد می‌کنید؟   

جواب: ۱- حرکت لغزنده رئوستا به سمت راست که باعث کاهش مقاومت و افزایش جریان الکتریکی مداری می شود.
۲- افزایش تعداد حلقه های القاگر

۱۸- مساحت هر حلقه و طول سیملوله شکل زیر به ترتیب ۲۰cm^۲ و ۸۰cm است. اگر این سیملوله از ۱۰۰۰ حلقه نزدیک به هم تشکیل شده باشد.

الف) ضریب خودالقایی آن را پیدا کنید.
ب) چه جریانی از سیملوله بگذرد تا در میدان مغناطیسی آن ۰/۴۰mJ انرژی ذخیره شود؟

۵-۴ جریان متناوب

۱۹- جریان متناوبی که بیشینه آن ۲/۰Aو دوره آن ۰/۰۲۰sاست، از یک رسانای ۵ اهمی می‌گذرد.
الف) اولین لحظه‌ای که در آن جریان بیشینه است چه لحظه‌ای است؟ در این لحظه نیروی محرکه القایی چقدر است؟
ب) در لحظه t=۱۴۰۰s، جریان چقدر است؟
جواب تمرین:

جواب تمرین به روشی دیگر:

۲۰- در مبدل آرمانی شکل زیر، اگر بیشینه ولتاژ دوسر مقاومت R برابر ۷/۰V باشد، بیشینه ولتاژ مولد چقدر است؟

جواب: