تدریس فصل دوم فیزیک یازدهم تجربی – گام به گام فصل 2

جواب فصل دوم فیزیک یازدهم تجربی

جواب صفحه به صفحه فصل 2 فیزیک یازدهم تجربی

جواب فعالیت صفحه 41 فیزیک یازدهم تجربی

سرعت سوق الکترون‌های آزاد در یک رسانا می‌تواند به کندیِ سرعت حرکت یک حلزون باشد. اگر سرعت سوق الکترون‌ها این قدر کم است، پس چرا وقتی کلید برق را می‌زنیم چراغ‌های خانه به سرعت روشن می‌شوند؟ (راهنمایی: شیلنگ شفافی را در نظر بگیرید. وقتی شیر را باز می‌کنید، هنگامی که شیلنگ پر از آب است، آب بلافاصله از سر دیگر شیلنگ جاری می‌شود؛ ولی اگر لکه‌ای رنگی را درون آب چکانده باشیم، می‌بینیم این لکه رنگی به آهستگی در آب حرکت می‌کند.)

پاسخ:

با فشردن کلید، الکترون‌ های آزاد موجود در سراسر سیم تقریباً هم‌زمان به حرکت درمی‌آیند و در نتیجه چراغ روشن می‌شود. این پدیده را می‌توان به شلنگی پر از آب تشبیه کرد که با باز کردن شیر، آب بدون تأخیر از انتهای دیگر آن خارج می ‌شود

جواب تمرین صفحه 42 فیزیک یازدهم تجربی

در رابطه Δq=I(Δt) اگر I بر حسب آمپر و Δt برحسب ساعت باشد، یکای Δq، آمپر – ساعت می‌شود. باتری خودروها با آمپر – ساعت (Ah) و باتری گوشی‌های همراه با میلی آمپر – ساعت (mAh) مشخص می‌شود. هرچه آمپر – ساعتِ یک باتری بیشتر باشد حداکثر باری که باتری می‌تواند از مدار عبور دهد تا به طور ایمن تخلیه شود، بیشتر است.

الف) باتری استاندارد خودرویی، 50Ah  است. اگر این باتری جریان متوسط 5/0 A  را فراهم سازد، چقدر طول می‌کشد تا خالی شود؟

پاسخ:

ب) روی یک باتری قلمی مقدار 1000mAh نوشته شده است. اگر این باتری جریان متوسط ۱۰۰μA را فراهم سازد، چه مدت طول می‌کشد تا خالی شود؟

پاسخ:

جواب تمرین صفحه 46 فیزیک یازدهم تجربی

سیم کشی خانه‌ها معمولاً با سیم‌های مسی‌ای صورت می‌گیرد که قطری برابر با 2/032mn دارد. مقاومت 100m  از این سیم‌ها در دمای اتاق چقدر است؟ 

پاسخ:

جواب فعالیت صفحه 51 فیزیک یازدهم تجربی

به کمک یک باتری، سیم‌های رابط، لامپ کوچک، ولت سنج و کلید، مداری همانند شکل روبه رو درست کنید. قبل از بستن کلید عددی را که ولت سنج نشان می‌دهد بخوانید. سپس کلید را ببندید و دوباره عددی را که ولت سنج نشان می‌دهد بخوانید. در کدام حالت ولت سنج عدد بزرگ‌تری را نشان می‌دهد؟ چرا؟
در ادامه با علت تفاوت این دو عدد آشنا خواهید شد.

پاسخ:

قبل از وصل کردن کلید، ولت‌سنج همان ولتاژ اصلی باتری را نشان می‌دهد.  اما زمانی که کلید بسته می‌شود و جریان در مدار برقرار می‌گردد، مقدار نشان داده شده توسط ولت‌سنج کاهش می‌یابد. این کاهش ولتاژ ناشی از تلفات انرژی درون خود باتری است که هنگام عبور جریان رخ می‌دهد.

جواب فعالیت صفحه 53 فیزیک یازدهم تجربی

تفاوت یک باتری نو و فرسوده عمدتاً در مقدار مقاومت داخلی آن است که می‌تواند کمتر از یک اُهم برای باتری نو تا چند هزار اُهم برای باتری فرسوده باشد. برای اندازه گیری مقاومت داخلی یک باتری مدار ساده‌ای متشکل از یک باتری، یک کلید قطع و وصل، و یک مقاومت یا لامپ کوچک را سوار کنید. نخست درحالی که کلید قطع است، ولتاژ دو سر باتری را با یک ولت سنج اندازه بگیرید و آن گاه پس از بستن کلید، دوباره ولتاژ دو سر باتری را اندازه بگیرید. همچنین در این حالت، جریان عبوری از مدار را نیز باید به کمک یک آمپرسنج اندازه بگیرید. اکنون با استفاده از رابطه ۲-۷ مقاومت داخلی باتری را محاسبه کنید (البته در یک اندازه گیری دقیق‌تر معمولاً از یک مقاومت متغیر استفاده می‌شود و مقاومت داخلی پس از چندین اندازه گیری محاسبه می‌شود). آزمایش را یک بار برای باتری نو و یک بار برای باتری فرسوده انجام دهید.

پاسخ:

هر چه باتری بیشتر استفاده شود و فرسوده‌تر شود، مقاومت داخل آن بیشتر می‌شود. بنابراین باتری نو همیشه مقاومت داخلی کمتری نسبت به باتری فرسوده دارد.

جواب فعالیت صفحه 54 فیزیک یازدهم تجربی

قانون ژول بیان می‌دارد گرمای تولید شده توسط جریان Iی عبوری از یک مقاومت R در مدت زمان t برابر با RI²T  است. این قانون را می‌توان به روش گرماسنجی با یک گرماسنج که در فیزیک دهم با آن آشنا شدید تحقیق کرد. اسباب این آزمایش در شکل نشان داده شده است. درباره چگونگی این آزمایش تحقیق کنید.

پاسخ:

ابتدا مقاومت رسانا را با استفاده از اهم‌سنج اندازه‌گیری می‌کنیم. سپس آن را درون آب قرار داده و جریان عبوری را با آمپر‌سنج می‌سنجیم. انرژی مصرفی در مدت زمان مشخص از فرمول U = RI²t محاسبه می‌شود. همزمان با اندازه‌گیری دمای آب و استفاده از رابطه Q = mcΔθ، مقدار گرمای تولید شده را به دست می‌آوریم. مشاهده می‌شود که این دو مقدار تقریباً با هم برابر هستند.

جواب فعالیت صفحه 55 فیزیک یازدهم تجربی

همانند شکل با یک اهم متر، مقاومت رشته سیم داخل لامپ ۱۰۰واتی را اندازه گیری کنید. سپس با استفاده از رابطه ۲-۱۰ و با داشتن مشخصات روی لامپ، مقاومت آن را در حالت روشن محاسبه کنید. نتیجه محاسبه را با مقدار اندازه گیری شده مقایسه کنید و نتیجه را پس از گفت‌وگوی گروهی گزارش دهید.

پاسخ الف:

مقاومت لامپ در حالت روشن بیشتر از مقاومت آن در حالت خاموش است. رابطه P = V²/R برای محاسبه مقاومت لامپ در حالت سرد (خاموش) کاربرد دارد که همان مقاومت اسمی است. وقتی لامپ روشن می‌شود و دمای آن افزایش می‌یابد، مقاومت آن نیز بیشتر می‌شود و دیگر از این رابطه پیروی نمی‌کند.

پاسخ ب:

جواب تمرین صفحه 56 فیزیک یازدهم تجربی

در شکل زیر، سه مقاومت به همراه یک آمپرسنج به صورت متوالی به یک باتری وصل شده‌اند و مقاومت آمپرسنج صفر است (آمپرسنج آرمانی). اگر مقاومت معادل مقاومت‌های R1, R2 و R3 برابر با 13/0 Ω باشد:

الف) مقاومت R3 چقدر است؟

پاسخ:

ب) جریانی را که آمپر سنج نشان می دهد به دست آورید.

پاسخ:

پ) نشان دهید توان خروجی باتری با مجموع توان های مصرفی مقاومت های R1, R2  و R3 در مدار برابر است.

پاسخ:

جواب فعالیت صفحه 58 فیزیک یازدهم تجربی

مداری مانند مدار مثال ۲-۱۲ ببندید و در هر شاخه آن، یک آمپرسنج قرار دهید. با خواندن آمپرسنج ‌ها، رابطه بین جریان‌ها را بررسی کنید.

پاسخ:

جواب تمرین صفحه 59 فیزیک یازدهم تجربی

در شکل رو به رو سه مقاومت موازی به همراه یک آمپرسنج آرمانی به دو سر یک باتری وصل شده‌اند. اگر مقاومت معادل این ترکیب 1/6 Ω باشد،

الف) مقاومت R3 چقدر است؟

پاسخ:

ب) جریانی که آمپر سنج نشان می دهد را به دست آورید.

پاسخ:

پ) توان خروجی باتری چقدر است؟

پاسخ: