تدریس فصل سوم فیزیک یازدهم تجربی – گام به گام فصل 3

جواب فصل سوم فیزیک یازدهم تجربی

جواب صفحه به صفحه فصل 3 فیزیک یازدهم تجربی

جواب پرسش صفحه 66 فیزیک یازدهم تجربی

فرض کنید دو میله کاملاً مشابه، یکی از جنس آهن و دیگری آهنربا در اختیار دارید. با گفت‌وگو در گروه خود، روشی را پیشنهاد کنید که با استفاده از آن و بدون استفاده از هیچ وسیله دیگر، بتوان میله‌ای را که از جنس آهنرباست مشخص کرد.

پاسخ:

میله را در دست گرفته و آن را در سه نقطه: ابتدای میله، وسط و انتهای میله امتحان می‌کنیم. اگر نیروی جذب در هر سه نقطه برابر باشد، میله در دست ما آهن‌ربا است. اما اگر دو سر میله نیروی جذب بیشتری نسبت به وسط داشته باشد، میله در دست ما فقط آهن معمولی است و خاصیت مغناطیسی ندارد.

جواب پرسش صفحه 67 فیزیک یازدهم تجربی

1 – دریافت خود را از شکل الف بیان کنید.

پاسخ: با تقسیم کردن یک آهنربا به دو قسمت، دو آهنربای جدید به وجود می‌آید. این نشان می‌دهد که در طبیعت قطب مغناطیسی منفرد (تک قطبی) وجود ندارد و همیشه قطب‌های شمال و جنوب هم‌زمان همراه یکدیگر هستند.

2 – در علوم هشتم با پدیده القای مغناطیسی آشنا شدید. با توجه به شکل ب این پدیده را توضیح دهید و بیان کنید چرا در پدیده القای مغناطیسی همواره جذب وجود دارد؟

پاسخ:

وقتی یک میله‌ی آهنی را به یک سر آهنربا نزدیک می‌کنیم، آن قسمت از میله به قطب مخالف سر آهنربا تبدیل می‌شود و همین باعث می‌شود میله‌ی دوم نیز خاصیت مغناطیسی پیدا کند و جذب شود. به عبارت دیگر، بخشی از میله که به آهنربا نزدیک است، قطب ناهمنام پیدا می‌کند و نیروی جاذبه بین آن‌ها ایجاد می‌شود.

جواب فعالیت صفحه 67 فیزیک یازدهم تجربی

یکی از قطب‌های یک آهنربای میله‌ای را به یک عقربه مغناطیسی نزدیک کنید (شکل زیر). آنچه را می‌بینید توضیح دهید.

عقربه‌ی مغناطیسی به سمت آهنربا حرکت می‌کند. چون عقربه‌ی مغناطیسی آهنربا است، جاذبه‌ی بین قطب‌های ناهمنام باعث حرکت عقربه به سمت آهنربا می‌شود.
با دور کردن آهنربا از قطب نما چه اتفاقی می‌افتد؟ دلیل آن را شرح دهید. در صورتی که قطب‌نما در اختیار ندارید، یک سوزن ته گرد مغناطیسی شده را روی سطح آب، درون ظرفی شناور سازید. به این ترتیب، سوزن ته گرد مانند عقربه مغناطیسی یک قطب نما رفتار می‌کند.

پاسخ:

در این آزمایش، وقتی آهنربا به قطب‌نما نزدیک می‌شود، عقربه‌ی آن می‌چرخد و پس از برداشتن آهنربا دوباره در جهت شمال مغناطیسی زمین قرار می‌گیرد. این اتفاق به این دلیل است که قطب‌های ناهمنام آهنربا و قطب‌نما یکدیگر را جذب می‌کنند؛ بنابراین وقتی قطب N آهنربا به سمت قطب‌نما می‌آید، قطب S عقربه به سمت آن می‌چرخد و پس از دور شدن آهنربا، عقربه تحت تأثیر میدان مغناطیسی زمین در جهت تقریبی شمال-جنوب قرار می‌گیرد.

جواب پرسش صفحه 68 فیزیک یازدهم تجربی

1 – شکل زیر، یک آهنربای میله‌ای و تعدادی عقربه مغناطیسی را نشان می‌دهد.

(الف) کدام سر آهنربا قطب N و کدام سر قطب S است؟

پاسخ: با توجه به شکل و جهت گیری عقربه مغناطیسی خواهیم داشت:

 (ب) جهت‌گیری عقربه‌های مغناطیسی را در دیگر مکان‌های روی شکل تعیین کنید.

پاسخ:

۲– شکل پایین، خط‌های میدان مغناطیسی در ناحیه‌ای از فضا را نشان می‌دهد. بردار میدان مغناطیسی را در هر یک از نقطه‌های روی شکل رسم کنید. به اندازه و جهت بردار میدان در هر نقطه توجه کنید.

پاسخ:

از آنجایی که خطوط میدان مغناطیسی در نقطه A فشرده‌تر از نقطه B هستند، بنابراین:

Ba>Bb>Bc

جواب فعالیت صفحه 68 فیزیک یازدهم تجربی

یک آهنربای میله‌ای را روی سطح افقی میزی قرار دهید. یک قطب‌نما یا عقربه مغناطیسی را مقابل یکی از قطب‌های آهنربا قرار دهید. روی مسیری دایره‌ای شکل دور آهنربا، عقربه را به آرامی حرکت دهید (شکل زیر). بررسی کنید پس از یک دور حرکت، عقربه چند درجه می‌چرخد.

پاسخ:

با توجه به شکل، وقتی عقربه ۹۰ درجه حول آهنربا می‌چرخد، منحرف شدن آن ۱۸۰ درجه است. اگر عقربه ۱۸۰ درجه بچرخد، میزان انحراف ۳۶۰ درجه می‌شود و در نهایت با چرخش کامل ۳۶۰ درجه، عقربه ۷۲۰ درجه منحرف خواهد شد.

­جواب فعالیت صفحه 70 فیزیک یازدهم تجربی

وقتی یک سوزن مغناطیسی شده یا یک عقربه مغناطیسی را از وسط آن آویزان می‌کنیم در بیشتر نقاط زمین، به طور افقی قرار نمی‌گیرد و امتداد آن با سطح افقی زمین زاویه می‌سازد. به این زاویه، شیب مغناطیسی گفته می‌شود.
برای یافتن شیب مغناطیسی محلی که در آن زندگی می‌کنید درست به وسط یک سوزن مغناطیسی شده یا عقربه مغناطیسی بزرگ، نخی را ببندید و آن را آویزان کنید. پس از تعادل، به کمک نقاله، زاویه‌ای را اندازه بگیرید که امتداد سوزن یا عقربه مغناطیسی با راستای افق می‌سازد. عدد به دست آمده، شیب مغناطیسی محل زندگی شماست. چنانچه در آزمایشگاه مدرسه شیب سنج مغناطیسی موجود باشد می‌توانید از آن نیز استفاده کنید.

پاسخ: با انجام این آزمایش در تهران، مقدار شیب مغناطیسی تقریباً ۴۰ درجه به دست می‌آید.

جواب پرسش صفحه 72 فیزیک یازدهم تجربی

الکترونی عمود بر میدان مغناطیسی یکنواختی در حرکت است. با توجه به شکل، جهت میدانB →کدام است؟

پاسخ: درون سو

زیرا طبق قاعده دست راست و با در نظر گرفتن اینکه بار الکترون منفی است، جهت میدان →B به صورت درونسو است.

2 – نیروی مغناطیسی →F​وارد بر الکترونی که در میدان مغناطیسی →B ​در حرکت است، در شکل زیر، نشان داده شده است. فرض کنید راستای حرکت الکترون بر میدان مغناطیسی عمود است؛ در هریک از حالت‌های نشان داده شده جهت سرعت الکترون را تعیین کنید.

پاسخ:

جواب تمرین صفحه 73 فیزیک یازدهم تجربی

پاسخ:

1 –

2 –

 

3 – 

پاسخ:

برای تعیین جهت میدان مغناطیسی در شرایطی که بار الکتریکی منفی در حرکت است، می‌توان از قاعده دست چپ استفاده کرد. در این روش، انگشت شست دست چپ را در جهت نیروی وارد بر ذره قرار می‌دهیم، در حالی که چهار انگشت دیگر در جهت حرکت بار منفی قرار می‌گیرند. با این ترتیب، میدان مغناطیسی از کف دست به سمت بیرون هدایت می‌شود. بر اساس این قاعده، جهت میدان به سمت غرب خواهد بود.

جواب آزمایش صفحه 74 فیزیک یازدهم تجربی

• مداری مطابق شکل الف ببندید تا جریان از سیم مسی بگذرد. آنچه را که مشاهده می‌کنید، در گروه خود به بحث بگذارید.

پاسخ: وقتی سیم مسی که جریان از آن عبور می‌کند وارد میدان مغناطیسی آهنربا می‌شود، نیرویی به سیم وارد می‌شود که باعث می‌شود سیم از آهنربا فاصله بگیرد.

• در صورتی که وسیله‌ای مشابه شکل ب را در آزمایشگاه مدرسه در اختیار دارید می‌توانید از آن استفاده کنید.
• مدار را قطع کنید و جهت جریان را تغییر داده و مراحل بالا را دوباره انجام دهید.

پاسخ: اگر جهت جریان سیم را تغییر دهیم، جهت نیروی وارد بر سیم نیز تغییر می‌کند و سیم به سمت دیگر منحرف می‌شود؛ بنابراین جهت جریان روی جهت نیرو تأثیرگذار است.

نتیجه آزمایش را به کلاس گزارش دهید.

پاسخ: هنگام قرار دادن سیم حامل جریان در میدان مغناطیسی، نیرو بر سیم وارد می‌شود که همیشه عمود بر راستای سیم و راستای میدان است. با افزایش جریان عبوری، شدت نیروی وارد بر سیم بیشتر شده و حرکت آن قوی‌تر می‌شود.

جواب پرسش صفحه 75 فیزیک یازدهم تجربی

اگر در شکل ۳-۱۳ سیم حامل جریان در امتداد میدان مغناطیسی قرار گیرد، نیروی مغناطیسی وارد بر آن چقدر خواهد بود؟ در چه حالتی بزرگی این نیرو بیشینه می‌شود؟

پاسخ:

جواب: وقتی سیم حامل جریان هم‌راستا با میدان مغناطیسی باشد θ = 0° یا θ = 180°، نیروی وارد بر آن صفر است. اما اگر سیم عمود بر میدان قرار گیرد (θ = 90°)، نیروی وارد بر سیم به حداکثر می‌رسد.

۲ – یک میله رسانا به پایانه‌های یک باتری وصل شده و مطابق شکل در فضای بین قطب‌های یک آهنربای C شکل آویزان شده است و می‌تواند آزادانه نوسان کند. با بستن کلید k، چه اتفاقی برای میله رسانا رخ می‌دهد؟ توضیح دهید. (فقط برای تجربی)

پاسخ:

با وصل شدن کلید مدار و برقراری جریان الکتریکی، باتری باعث ایجاد جریان در جهت حرکت عقربه‌های ساعت در مدار می‌شود. این جریان که از میله‌ای عبور می‌کند، در حضور میدان مغناطیسی آهنربا قرار می‌گیرد. بر اساس قاعده دست راست الکترومغناطیس، نیرویی به میله وارد می‌شود که آن را به سمت خارج از آهنربا هل می‌دهد. در نتیجه این نیرو، میله از موقعیت اولیه خود منحرف شده و به سمت بیرون حرکت می‌کند.

جواب تمرین صفحه 75 فیزیک یازدهم تجربی

1 –

پاسخ:

با استفاده از قاعده‌ی دست راست، جهت نیروی وارد بر سیم به سمت پایین تعیین می‌شود.

2 –

پاسخ:

با استفاده از قاعده دست راست در الکترومغناطیس، اگر انگشت شست را در جهت نیروی وارد بر جسم قرار دهیم و میدان مغناطیسی از کف دست به سمت بیرون هدایت شود، چهار انگشت دیگر جهت حرکت جریان الکتریکی را مشخص می‌کنند. بر اساس این قاعده، جهت جریان از نقطه D به سمت نقطه C خواهد بود.

جواب فعالیت صفحه 76 فیزیک یازدهم تجربی

آزمایشی را طراحی کنید که به کمک آن بتوان نیروی مغناطیسی وارد بر سیم حامل جریان الکتریکی درون میدان مغناطیسی را اندازه گیری کرد. در صورت لزوم، برای اجرای این آزمایش می‌توانید از ترازوهای دیجیتال (رقمی) با دقت0/01g  استفاده کنید.

پاسخ:

در این آزمایش، یک آهنربا روی ترازو قرار داده شده است. با اتصال مدار و برقراری جریان الکتریکی در سیم، ترازو تغییر عددی را نشان می‌دهد. این تغییر می‌تواند به صورت افزایش یا کاهش وزن ظاهری باشد که بستگی به جهت جریان عبوری از سیم دارد.

مقدار تغییر وزن ثبت شده توسط ترازو با نیروی مغناطیسی وارد بر سیم حامل جریان در ارتباط مستقیم است. این رابطه به صورت فرمول ریاضی قابل بیان است که تغییر جرم اندازه‌گیری شده را به نیروی الکترومغناطیسی وارد بر سیم مرتبط می‌سازد. این پدیده نمونه‌ای از تبدیل انرژی الکتریکی به اثر مکانیکی قابل اندازه‌گیری است.

جواب آزمایش صفحه 77 فیزیک یازدهم تجربی

هدف: بررسی آثار مغناطیسی جریان الکتریکی (آزمایش اورستد)
وسیله های مورد نیاز: باتری، سیم مسى نسبتاً ضخیم، صفحهٔ مقوایى، عقربهٔ مغناطیسى(قطب نما)، رئوستا و سیم رابط
شرح آزمایش:

• سیم مسی را از صفحه مقوایی بگذرانید و با آن مداری مطابق شکل روبه رو تشکیل دهید.
• قبل از برقراری جریان الکتریکی، عقربه مغناطیسی را درمجاورت سیم، روی مقوا قرار دهید و به راستای قرارگرفتن آن توجه کنید.

پاسخ: عقربه‌ی مغناطیسی در حالت عادی در راستای شمال جغرافیایی قرار می‌گیرد.

• با وصل کردن مدار، جریان الکتریکی را از سیم مسی عبور دهید و به جهت گیری عقربه مغناطیسی توجه کنید.

پاسخ: با وصل شدن جریان در مدار، عقربه‌ی مغناطیسی از موقعیت اولیه‌ی خود منحرف می‌شود.

• عقربه مغناطیسی را در نقطه‌های مختلف روی مقوا قرار دهید و جهت آن را بررسی کنید.

پاسخ: در اطراف سیم جریان‌دار، جهت‌گیری عقربه‌های مغناطیسی نشان می‌دهد که خطوط میدان به صورت دایره‌هایی هم‌مرکز با سیم شکل می‌گیرند.

• با توجه به جهت گیری عقربه در نقاط مختلف صفحه مقوّایی، چند خط میدان مغناطیسی را رسم کنید.
• این آزمایش را بار دیگر با جریانی در جهت مخالف تکرار کنید.

پاسخ: اگر جهت جریان عوض شود، جهت چرخش عقربه‌ی مغناطیسی نیز در تمام نقاط اطراف سیم برعکس خواهد شد.

• به کمک چند باتری دیگر یا تغییر مقاومت رئوستا، تحقیق کنید که افزایش یا کاهش جریان چه تأثیری در نتیجه آزمایش دارد؟

پاسخ: برای جریان‌های ضعیف، باید عقربه‌ی مغناطیسی را در فاصله‌ی کمی از سیم قرار داد تا بتواند میدان را نشان دهد؛ اما در جریان‌های قوی، حتی در فاصله‌های بیشتر هم میدان مغناطیسی قابل مشاهده است.

• نتیجه این آزمایش را در گروه خود بحث کنید و آن را به کلاس گزارش دهید.

پاسخ: با عبور جریان از سیم، میدان مغناطیسی‌ای به وجود می‌آید که خطوط آن به صورت دایره‌های هم‌مرکز هستند. هرچه به سیم نزدیک‌تر شویم شدت میدان بیشتر، و هرچه دورتر شویم شدت میدان کمتر می‌شود. همچنین افزایش جریان باعث تقویت میدان و کاهش جریان سبب کاهش میدان مغناطیسی می‌شود. 

جواب پرسش صفحه 77 فیزیک یازدهم تجربی

شکل زیر، جهت میدان مغناطیسی در اطراف یک سیم افقی و مستقیم حامل جریان را نشان می‌د‌هد. در ناحیه پایین بالای سیم، جهت میدان مغناطیسی درون‌سو و در ناحیه آن برون‌سو است. جهت جریان را در سیم تعیین کنید.

پاسخ: جهت جریان با توجه به قاعده دست راست به سمت چپ میباشد.

جواب پرسش صفحه 78 فیزیک یازدهم تجربی

1 – دریافت خود را از شکل‌های الف و ب بیان کنید. در بیان خود، به چگونگی تغییر جهت و اندازه میدانB → در اطراف سیم حامل جریان اشاره کنید.

پاسخ:

شکل (الف):
در اطراف سیم حامل جریان، بردار میدان مغناطیسی در هر نقطه مماس بر خط میدان همان نقطه است. همچنین هرچه نقطه‌ای به سیم نزدیک‌تر باشد، شدت میدان مغناطیسی در آن بیشتر خواهد بود.

شکل (ب):
با نزدیک شدن به سیم جریان‌دار، خطوط میدان مغناطیسی فشرده‌تر می‌شوند؛ بنابراین میدان مغناطیسی در نواحی نزدیک به سیم قوی‌تر است.

۲– کدام باتری را در مدار شکل زیر قرار دهیم تا پس از بستن کلید K، عقربه قطب نما که روی سیم قرار دارد، در خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت شروع به چرخش کند؟ دلیل انتخاب خود را توضیح دهید. (فقط تجربی)

پاسخ:

برای اینکه عقربه‌های مغناطیسی واقع بر روی سیم به سمت چپ بچرخند، باتری A باید در مدار نصب شود تا جهت جریان مورد نیاز برای ایجاد چرخش به سمت چپ در عقربه‌های مغناطیسی تأمین گردد.

3 – جهت میدان مغناطیسی برایند (خالص) را ناشی از سیم‌های موازی و بلند حامل جریان را در هر یک از نقطه‌های a، b و c پیدا کنید. نقطه b در فاصله مساوی از دو سیم قرار دارد.

پاسخ: میدان مغناطیسی برآیند در نقطه های b, a وc  به ترتیب برونسو ، صفر و درون سو است.

جواب پرسش صفحه 80 فیزیک یازدهم تجربی

شکل زیر، یک حلقه حامل جریان را نشان می‌دهد که جهت خط‌های میدان مغناطیسی درون و بیرون آن نشان داده شده است. جهت جریان را در این حلقه تعیین کنید.

پاسخ: با توجه به قاعده‌ی دست راست جهت جریان ساعتگرد است.

جواب تمرین صفحه 82 فیزیک یازدهم تجربی

سیملوله‌ای آرمانی به طول 40/0cm چنان طراحی شده است که جریان بیشینه‌ای به شدّت 1/2A می‌تواند از آن بگذرد. با عبور این جریان از سیملوله، اندازه میدان مغناطیسی درون آن و دور از لبه‌ها 270G  می‌شود. تعداد دورهای سیملوله چقدر باید باشد؟

پاسخ:

جواب پرسش صفحه 82 فیزیک یازدهم تجربی

کدام باتری را در مدار شکل زیر قرار دهیم تا آهنربای میله‌ای آویزان شده به طرف سیملوله جذب شود؟ دلیل انتخاب خود را توضیح دهید.

پاسخ:

وقتی باتری A در مدار قرار می‌گیرد، جهت جریان الکتریکی طوری است که میدان مغناطیسی تولید شده در سیم‌لوله از سمت راست به چپ امتداد می‌یابد. این جهت‌گیری خاص باعث می‌شود انتهای راستی سیم‌لوله نقش قطب جنوب و انتهای چپی آن نقش قطب شمال را ایفا کند. از آنجایی که قطب‌های مغناطیسی مخالف یکدیگر را جذب می‌کنند، این پدیده موجب کشیده شدن آهنربا به سمت سیم‌لوله می‌گردد.

جواب فعالیت صفحه 82 فیزیک یازدهم تجربی

آزمایشی را  طراحی و اجرا کنید که به کمک آن بتوان با استفاده از براده آهن، طرح خط های میدان مغناطیسی را در اطراف یک سیم بلند (شکل الف)، یک حلقه دایره ای و یک سیملوله حامل جریان (شکل پ) ایجاد کرد.

پاسخ:

یک سیم بلند، یک حلقه‌ی دایره‌ای و یک سیم‌لوله را از میان یک صفحه‌ی مقوایی رد می‌کنیم و سپس دو سر هر کدام را به باتری متصل کرده و مدار را می‌بندیم. بعد از وصل شدن جریان، براده‌های آهن را روی مقوا می‌ریزیم. ذرات براده در هر حالت در امتداد خطوط میدان مغناطیسی شکل می‌گیرند و الگوی میدان را نشان می‌دهند.

جواب فعالیت صفحه 83 فیزیک یازدهم تجربی

قسمتی از سیم نازک روکش‌داری را دور میخ آهنی نسبتاً بلندی بپیچید و مداری مطابق شکل تشکیل دهید. با تغییر مقاومت رئوستا، جریان عبوری از مدار را تغییر دهید.

الف) بررسی کنید برای جریان‌های متفاوت، آهنربای الکتریکی چه تعداد گیره فلزی را می‌تواند بلند کند.

ب) اگر تعداد دورهای سیم دو برابر شود، نتیجه کار چه تفاوتی خواهد داشت؟

پاسخ:

الف) هرچه شدت جریان بیشتر شود، میخ خاصیت مغناطیسی قوی‌تری پیدا می‌کند و می‌تواند گیره‌های بیشتری را جذب کند.

ب) با زیاد شدن تعداد دورهای سیم، توان مغناطیسی میخ افزایش یافته و در نتیجه تعداد گیره‌هایی که می‌تواند نگه دارد نیز بیشتر می‌شود.

جواب فعالیت 7-3 صفحه 83 فیزیک یازدهم تجربی

یک لوله آزمایش را تا نزدیکی لبه آن از الکل طبی (اتانول ۹۶ درجه) پر کنید. در لوله را ببندید و آن را به‌طور افقی قرار دهید. مطابق شکل، یک آهنربای نئودیمیم را بالای حباب هوای درون لوله بگیرد و به آرامی آهنربا را حرکت دهید. دلیل آنچه را مشاهده می‌کنید در گروه خود به گفت‌وگو بگذارید.

پاسخ:

وقتی آهنربای نئودیمیم را بالای حباب هوا حرکت می‌دهید، حباب هوا به دنبال آهنربا حرکت می‌کند. دلیل این پدیده این است که اکسیژن موجود در حباب هوا پارامغناطیس است و توسط میدان مغناطیسی جذب می‌شود. از طرفی، الکل (اتانول) و شیشه لوله آزمایش دیامغناطیس هستند و جذب نمی‌شوند. بنابراین تنها حباب هوا که حاوی اکسیژن است به سمت آهنربا کشیده می‌ شود.

جواب پرسش صفحه 85 فیزیک یازدهم تجربی

دو میله فلزی بلند مطابق شکل زیر درون سیملوله‌ای که دور یک قوطی مقوایی پیچیده شده است قرار دارند. با بستن کلید و عبور جریان از این سیملوله، مشاهده می‌شود که دو میله از یکدیگر دور می‌شوند. وقتی کلید باز و جریان در مدار قطع می‌شود، میله‌ها به محل اولیه باز می‌گردند.

الف) چرا با عبور جریان از پیچه، میله‌ها از یکدیگر دور می‌شوند؟

ب) با دلیل توضیح دهید میله‌های فلزی از نظر مغناطیسی در کدام دسته قرار می‌گیرند.

پاسخ:

الف) چون هر دو میله در اثر میدان مغناطیسی، مغناطیسی می‌شوند و قطب‌های هم‌نام آن‌ها رو‌به‌روی هم قرار می‌گیرد، این قطب‌های مشابه یکدیگر را دفع می‌کنند.

ب) با بستن کلید، میله‌ها خیلی سریع آهنربا می‌شوند و بلافاصله پس از باز شدن کلید خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهند. این رفتار نشان می‌دهد که جنس میله‌ها از مواد فرو‌مغناطیس نرم است.

جواب آزمایش صفحه 85 فیزیک یازدهم تجربی

هدف: بررسی پدیدة القای الکترومغناطیسی

وسیله های مورد نیاز: گالوانومتر، آهنربای میله ای، سیملوله یا پیچه و سیم رابط

شرح آزمایش:
دو سر سیم‌لوله را به گالوانومتر وصل کنید.

• یکی از قطب‌های آهنربا را وارد سیم‌لوله کنید (شکل روبه‌رو). مشاهدات خود را هنگام انجام این کار یادداشت کنید.
  پاسخ: عقربه گالوانومتر به یک جهت (مثلاً سمت راست) حرکت می‌کند.
• حال آهنربا را از سیم‌لوله خارج کنید. مشاهدات خود را دوباره یادداشت کنید.
  پاسخ: عقربه گالوانومتر به سمت مخالف (مثلاً سمت چپ) منحرف می‌شود.
• مراحل بالا را برای قطب دیگر آهنربا تکرار کنید.
  پاسخ: عقربه گالوانومتر ابتدا در جهت عکس حالت اول (مثلاً سمت چپ) و سپس در جهت مخالف آن (مثلاً سمت راست) حرکت می‌کند.
• آزمایش را طوری انجام دهید که آهنربا ثابت بماند و سیم‌لوله به آن نزدیک یا از آن دور شود. آیا نتیجه تغییر می‌کند؟ توضیح دهید.
  پاسخ: خیر، در این حالت نیز عقربه گالوانومتر منحرف می‌شود، زیرا حرکت نسبی بین سیم‌لوله و میدان مغناطیسی باعث القای جریان می‌شود.

جواب تمرین صفحه 88 فیزیک یازدهم تجربی

پاسخ:

جواب پرسش صفحه 88 فیزیک یازدهم تجربی

کدامیک از یکای زیر معادل وبر بر ثانیه (Wb/s) است؟

پاسخ:

جواب تمرین صفحه 90 فیزیک یازدهم تجربی

1 – میدان مغناطیسی بین قطب‌های آهنربای الکتریکی شکل زیر که بر سطح حلقه عمود است با زمان تغییر می‌کند و در مدت 0/45s از 0/28T، رو به بالا، به 0/17T، رو به پایین می‌رسد. در این مدت،

 الف) نیروی محرکهٔ القایی متوسط در حلقه را به دست آورید.

ب) اگر مقاومت حلقه Ω ۱۰ باشد، جریان القایی متوسط در حلقه را پیدا کنید.

پاسخ:

2 – مساحت هر حلقه پیچه‌ای 30cm² و پیچه متشکل از ۱۰۰۰ حلقه است. در ابتدا سطح پیچه‌ها بر میدان مغناطیسی زمین عمود است. اگر در مدت 0/020s پیچه بچرخد و سطح حلقه‌ها موازی میدان مغناطیسی زمین شود، نیروی محرکه متوسط القایی در آن چقدر است؟ اندازه میدان زمین 0/50G  در نظر بگیرید. 

پاسخ:

جواب پرسش صفحه 90 فیزیک یازدهم تجربی

تندی‌سنج دوچرخه‌های مسابقه‌ای شامل یک آهنربای کوچک و یک پیچه است. آهنربا به یکی از پره‌های چرخ جلو و پیچه به دو شاخ فرمان متصل است (شکل زیر). دو سر پیچه با سیم‌های رسانا به نمایشگر تندی سنج (که در واقع نوعی رایانه کوچک است) وصل شده است. به نظر شما تندی‌سنج دوچرخه چگونه کار می‌کند؟ این موضوع را در گروه خود به گفت‌و‌گو بگذارید و نتیجه را به کلاس درس ارائه دهید.

پاسخ: وقتی آهنربا از کنار پیچه عبور می‌کند، جریان القایی در پیچه ایجاد می‌شود. هرچه سرعت دوچرخه بیشتر باشد، آهنربا سریع‌تر از پیچه عبور می‌کند و جریان القایی قوی‌تری تولید می‌شود. این جریان به تندی‌سنج منتقل شده و تندی‌سنج بر اساس مقدار جریان، سرعت حرکت دوچرخه را نمایش می‌دهد.

جواب پرسش صفحه 92 فیزیک یازدهم تجربی

۱– با توجه به جهت جریان القایی در مدار شکل الف، توضیح دهید که آیا آهنربا رو به بالا حرکت می‌کند یا رو به پایین.

پاسخ: طبق قانون لنز، آهنربا در حال فاصله گرفتن از پیچه است و بنابراین حرکت آن رو به پایین است.

2 –  شکل ب سیم بلند و مستقیمی را نشان می‌دهد که جریان عبوری از آن در حال افزایش است. جهت جریان القایی را در حلقه رسانای مجاور سیم تعیین کنید.

پاسخ: جهت میدان B⃗ که توسط سیم حامل جریان I ایجاد می‌شود، در نقطه مورد نظر در حال افزایش است. بر اساس قانون لنز، جریان القایی در حلقه باید در جهت ساعتگرد باشد تا با افزایش شار عبوری مخالفت کند.

۳ – اگر در مدار شکل زیر مقاومت رئوستا افزایش یابد، جریان القایی در حلقه رسانای داخلی در چه جهتی ایجاد می‌شود؟

پاسخ: با زیاد کردن مقاومت رئوستا، جریان مدار کمتر می‌شود و بنابراین شار مغناطیسی عبوری از حلقه‌ی رسانا کاهش می‌یابد. با توجه به جهت جریان و میدان مغناطیسی ایجاد شده، جریان القایی در حلقه به صورت پاد ساعتگرد شکل می‌گیرد.

۴– 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؟ 

پاسخ: با دور شدن قاب، شار مغناطیسی عبوری از آن کاهش می‌یابد. طبق قانون لنز، برای مقابله با این کاهش، میدان مغناطیسی القایی در مرکز قاب هم‌جهت با میدان اصلی ایجاد می‌شود و جریان القایی در حلقه به سمت ساعتگرد جریان پیدا می‌کند.

جواب آزمایش صفحه 94 فیزیک یازدهم تجربی

هدف: بررسی اثر خود القاوری

وسیله‌های مورد نیاز: لامپ نئون (لامپ فازمتری)، القاگر (۱۰۰۰ دور یا بالاتر)، باتری قلمی (۲ عدد) یا باتری ۹ ولتی، سیم رابط، کلید

شرح آزمایش:
مداری مطابق شکل الف ببندید.
کلید را وصل کنید. آیا لامپ روشن است؟ اینک کلید را قطع کنید.
در لحظه قطع کردن کلید چه چیزی مشاهده می‌کنید؟ دلیل آنچه را مشاهده می‌کنید در گروه خود به گفت‌و‌گو بگذارید و نتیجه را به کلاس ارائه دهید.
توجه: می‌توانید مطابق شکل ب، به جای القاگر از القاگر لامپ‌های مهتابی (که به اشتباه ترانس نامیده می‌شود) نیز استفاده کنید.

پاسخ: با بستن کلید، روشن شدن لامپ به‌صورت تدریجی اتفاق می‌افتد؛ زیرا در لحظه‌ی نخست بخشی از جریان به‌جای عبور از لامپ، صرف ایجاد میدان مغناطیسی در القاگر می‌شود. وقتی القاگر کاملاً شارژ شد، جریان به‌طور کامل از شاخه‌ای که لامپ در آن قرار دارد عبور می‌کند و لامپ پرنور می‌شود.

بعد از باز کردن کلید، خاموش شدن لامپ نیز آرام و تدریجی است؛ چون القاگر میدان ذخیره‌شده‌ی خود را آزاد کرده و برای مدت کوتاهی جریان را در مدار حفظ می‌کند. به همین دلیل نور لامپ به‌آهستگی کاهش یافته و خاموش می‌شود.

جواب تمرین صفحه 99 فیزیک یازدهم تجربی

معادله جریان – زمان یک مولد جریان متناوب برحسب یکاهای SI به صورت است.

الف) جریان در دو لحظه t1=2/0ms و t2=8/0ms چقدر است؟

پاسخ:

ب) دوره تناوب جریان را به دست آورید و نمودار جریان زمان را در یک دوره کامل رسم کنید.

پاسخ: