الكتاب الالكتروني للانشطة والتجارب العملية -فيزياء الصف الاول الثانوي العلمي-ف1

‫)‪C (F‬‬ ‫)‪V measured (V‬‬ ‫‪Q (C) = C V‬‬ ‫= ‪C1‬‬ ‫= ‪C2‬‬ ‫= ‪C3‬‬ ‫‪C =measured‬‬ ‫‪Q av‬‬ ‫= ‪V batt‬‬ ‫= ‪Q av‬‬ ‫‪V batt‬‬ ‫‪1‬‬ ‫=‬ ‫‪1‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪1‬‬ ‫=‬ ‫‪C predicted‬‬ ‫‪C1‬‬ ‫‪C2‬‬ ‫‪C3‬‬ ‫التحليل والاستنتاج‪:‬‬ ‫=‪C‬‬ ‫‪Q‬‬ ‫أحس ُب شحنة ك ّل مواسع باستعمال العلاقة‪:‬‬ ‫‪. 1‬‬ ‫‪V‬‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫‪ُ . 2‬أقارن ‪ -‬عن طريق النتائج العملية ‪ -‬بين المواسعات في حالة التوصيل على التوازي والتوصيل على‬ ‫التوالي من حيث الشحنة والجهد‪ .‬هل ت ّتفق النتائج العملية مع ما تع ّلم ُته نظر ًّيا؟‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫‪ .3‬أحس ُب المواسعة المكافئة المقيسة والمواسعة المكافئة المتو ّقعة‪ ،‬و ُأقارن بينهما‪.‬‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫‪ .4‬أتو ّقع مصادر الخطأ المحتملة في التجربة‪ .‬كيف ُيمكنني تجنّبها؟‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫الوحدة ‪ :‬الجهد الكهربائي والمواسعة ‪51 3Voltage and Capacitance‬‬

‫استقصاء العوامل المؤ ّثرة في مواسعة‬ ‫‪1‬‬ ‫تجربة‬ ‫المواسع ذي الصفيحتين المتوازيتين‪.‬‬ ‫إثرائية‬ ‫الخلفية العلمية‪:‬‬ ‫تعتمد مواسعة المواسع ذي الصفيحتين المتوازيتين على أبعاده الهندسية‪ ،‬وسماحية الوسط الفاصل‬ ‫‪ε0 A‬‬ ‫بين صفيح َتيه‪ ،‬و ُتعطى بالعلاقة‪:‬‬ ‫‪d‬‬ ‫=‪C‬‬ ‫إذ تتناسب مواسعة المواسع طرد ًّيا مع ك ّل من مساحة الصفيحتين ‪ A‬والسماحية الكهربائية للوسط‬ ‫الفاصل بينهما ‪ ،ε0‬وعكس ًّيا مع المسافة بين الصفيحتين ‪ .d‬أ ّما شحنة المواسع أو جهده فلا يؤ ّثر في‬ ‫مواسعته؛ إذ يزداد جهده بزيادة شحنته بحيث تبقى النسبة بينهما ( ‪ ) Q‬ثابته وهي ُتم ّثل مواسعة‬ ‫‪V‬‬ ‫المواسع‪.‬‬ ‫الهدف‪:‬‬ ‫‪ -‬اسـتقصاء العلاقـة بيـن مواسـعة المواسـع والمسـافة بيـن صفيحتيـه عمل ًّيـا‪ ،‬بثبـوت مسـاحة كل‬ ‫مـن صفيحتيـه وسـماحية الوسـط بينهمـا‪.‬‬ ‫‪ُ -‬أص ّمـم تجربـة لدراسـة أثـر تغييـر ك ّل مـن مسـاحة صفيح ّتـي المواسـع ونـوع المـادة العازلـة‬ ‫بينهمـا علـى مواسـعة المواسـع‪.‬‬ ‫الموا ّد والأدوات‪:‬‬ ‫صفيحتين موصلتين متوازيتين ومتساويتين في المساحة‪ ،‬مقياس مواسعة (‪ )capacitance meter‬رقمي‪،‬‬ ‫ورنية (‪ ،)caliper‬ألواح عازلة‪ ،‬قاعدة بلاستيكية‪ ،‬أسلاك توصيل‪.‬‬ ‫خطوات العمل‪:‬‬ ‫مقياس مواسعة‬ ‫بالتعاون مع أفراد مجموعتي؛ ُأن ّفذ الخطوات الآتية‪:‬‬ ‫صفيحتين موصلتين‬ ‫‪ُ .1‬أعاير ك ًّل من الورنية ومقياس المواسعة قبل استعمالهما‪.‬‬ ‫لوح عازل‬ ‫مادة عازلة‬ ‫‪ُ .2‬أر ّكب أدوات التجربة كما في الشكل‪ ،‬و ُيمكنني استعمال‬ ‫مادة عازلة بين اللوحين بد ًل من الهواء على شكل ألواح‪،‬‬ ‫قاعدة‬ ‫ُتضاف ك ّلما ازدادت المسافة بين الصفيحتين‪.‬‬ ‫بلاستيكية‬ ‫‪ 52‬الوحدة ‪ :‬الجهد الكهربائي والمواسعة ‪3Voltage and Capacitance‬‬

‫‪ .3‬أقيس‪ُ :‬أح ّرك إحدى الصفيحتين بحيث ُتصبح المسافة بينهما (‪ )2 mm‬باستعمال الورنية‪ ،‬و ُأد ّون نتائجي‬ ‫في الجدول‪.‬‬ ‫‪ُ .4‬أك ّرر الخطوة الثالثة لمسافات أخرى مختلفة (‪ ،)4, 6, 8, 10 mm‬و ُأد ّون نتائجي في الجدول‪.‬‬ ‫‪ُ .5‬أص ّمم تجربة لدراسة أثر تغيير ك ّل من مساحة صفيح َتي المواسع ونوع المادة العازلة بينهما على مواسعة‬ ‫المواسع‪ ،‬بحيث ُأث ّبت عاملين في ك ّل تجربة وأدرس تأثير العامل الثالث‪ ،‬و ُأد ّون نتائجي في جدول خاص‬ ‫لكل تجربة‪ُ .‬يمكنني الاستعانة ببرمجية (إكسل) في الحاسوب لعمل الرسومات البيانية‪.‬‬ ‫البيانات والملاحظات‪:‬‬ ‫مواسعة المواسع ‪C‬‬ ‫المسافة بين الصفيحتين ‪d‬‬ ‫)‪(×10-11 F‬‬ ‫)‪(×10-3 m‬‬ ‫‪2.0‬‬ ‫‪4.0‬‬ ‫‪6.0‬‬ ‫‪8.0‬‬ ‫‪10.0‬‬ ‫)‪C (F‬‬ ‫التحليل والاستنتاج‪:‬‬ ‫‪ . 1‬التحليل‪ .‬أرس ُم بيان ًّيا العلاقة بين مواسعة المواسع والمسافة بين صفيحتيه‪.‬‬ ‫)‪d ( x 10 -3 m‬‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫‪ . 2‬أصف العلاقة بين مواسعة المواسع والمسافة بين صفيحتيه؛ عن طريق المنحنى الناتج في الرسم البياني‪.‬‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫‪ .3‬أو ّضح تأثير تغيير ك ّل من مساحة صفيح َتي المواسع ونوع المادة العازلة بينهما على مواسعة المواسع‪.‬‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫‪ .4‬ما مقدار الخطأ في قراءة ك ّل من الورنية ومقياس المواسعة؟‬ ‫‪..................................................................................................................................................................‬‬ ‫الوحدة ‪ :‬الجهد الكهربائي والمواسعة ‪53 3Voltage and Capacitance‬‬

‫أسئلة تفكير‬ ‫‪ . 1‬أراد يمان الحصول على مواسعة ‪ 3 μF‬باستعمال (‪ )3‬مواسعات متماثلة‪ ،‬ج ّرب توصيلها على التوازي‬ ‫فكانت مواسعتها المكافئة ‪ ،6 μF‬طريقة توصيل المواسعات التي ُتم ّكنه من الحصول على المواسعة‬ ‫المطلوبة‪ ،‬هي‪:‬‬ ‫أ‪ .‬المواسعات الثلاثة على التوالي‪.‬‬ ‫ب‪ .‬مواسعان على التوالي والمواسع الثالث على التوازي مع المواسع المكافئ للمواسعين الأول ّيين‪.‬‬ ‫جـ‪ .‬مواسعان على التوازي والمواسع الثالث على التوالي مع المواسع المكافئ للمواسعين الأول ّيين‪.‬‬ ‫د‪ .‬لا ُيمكنه ذلك‪.‬‬ ‫‪ .2‬شحنتان مختلفتان (‪ )q1,q2‬وضعتا عند نقطتين مختلفتين؛ ك ّل شحنة عند نقطة في مجال كهربائي‪ ،‬فإذا‬ ‫كان الجهد الكهربائي متساو ًيا عند ك ّل من النقطتين؛ فهل طاقة الوضع الكهربائية متساوية للشحنتين؟‬ ‫أ‪ .‬نعم؛ فإذا كان الجهد الكهربائي متساو ًيا عند نقطتين؛ فإ ّن طاقة الوضع الكهربائية تكون متساوية‬ ‫كذلك بغض النظر عن مقدار ونوع الشحنات‪ ،‬عند تلك النقاط‪.‬‬ ‫ب‪ .‬نعم؛ لأ ّن الجهد الكهربائي وطاقة الوضع الكهربائية أسماء مختلفة للمفهوم نفسه‪.‬‬ ‫جـ‪ .‬لا؛ لأ ّن الجهد الكهربائي عند نقطة ما‪ ،‬يعتمد على الشحنة الموضوعة عند تلك النقطة‪ ،‬بينما طاقة‬ ‫الوضع الكهربائية ليست كذلك‪.‬‬ ‫د‪ .‬لا؛ لأ ّن طاقة الوضع الكهربائية عند نقطة ما‪ ،‬تعتمد على الشحنة الموضوعة عند تلك النقطة‪ ،‬بينما‬ ‫الجهد الكهربائي ليس كذلك‪.‬‬ ‫‪ .3‬في تجربة قامت بها رق ّية لقياس مواسعة مواسع ذي صفيحتين متوازيتين عن طريق تغيير جهده‪،‬‬ ‫حصلت على النتائج المبينة في الجدول الآتي‪:‬‬ ‫‪25 20 15 10‬‬ ‫جهد المواسع (‪5 )V‬‬ ‫‪10 8 6 4‬‬ ‫شحنة المواسع (‪2 )µC‬‬ ‫مستعينًا بالبيانات في الجدول‪ُ ،‬أجيب ع ّما يأتي‪:‬‬ ‫أ‪ .‬ما مقدار مواسعة المواسع؟ )‪Q (C‬‬ ‫ب‪ .‬أرس ُم العلاقة بين جهد المواسع وشحنته‪،‬‬ ‫ثم أحس ُب مواسعة المواسع عن طريق ميل‬ ‫المنحنى الناتج‪.‬‬ ‫)‪V (V‬‬ ‫‪ 54‬الوحدة ‪ :‬الجهد الكهربائي والمواسعة ‪3Voltage and Capacitance‬‬

‫أسئلة تفكير‬ ‫جـ‪ .‬ما مقدار جهد المواسع؛ كي يختزن طاقة كهربائية مقدارها ‪ 10-5 J‬؟‬ ‫د‪ .‬لتقليل مواسعة المواسع‪ ،‬أعمل على‪:‬‬ ‫‪ .2‬زيادة شحنة المواسع‪.‬‬ ‫‪ .1‬تقليل شحنة المواسع‪.‬‬ ‫‪ .3‬تقليل المسافة بين صفيح َتي المواسع‪ .4 .‬زيادة المسافة بين صفيح َتي المواسع‪.‬‬ ‫‪ )3( .4‬نقاط )‪ (A,B,C‬في مجال كهربائي منتظم كما في الشكل‪ ،‬ما النقطتان التي يكون فرق الجهد‬ ‫الكهربائي بينهما أكبر‪:‬‬ ‫‪A‬‬ ‫ب‪.VCB .‬‬ ‫أ‪VAC .‬‬ ‫‪E‬‬ ‫د‪ .‬فرق الجهد بين أي نقطتين متسا ٍو‪.‬‬ ‫جـ‪.VAB .‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪C‬‬ ‫‪ُ .5‬يح ّذر من نزع غطاء التلفاز ولمس مك ّوناته الداخلية‪ ،‬ح ّتى بعد فصل مصدر الطاقة بم ّدة زمنية قصيرة‪.‬‬ ‫ُأف ّسر ذلك‪.‬‬ ‫‪ )4( . 6‬شحنات )‪ُ (-q,-Q,2q,2Q‬وضعت ك ّل شحنة على رأس مر ّبع كما في الشكل‪ ،‬العلاقة بين ‪ Q‬و ‪q‬‬ ‫‪-Q -q‬‬ ‫بحيث يكون الجهد عند مركز المر ّبع (‪ )o‬يساوي صف ًرا هي‪:‬‬ ‫‪Q‬‬ ‫=‬ ‫‪-‬‬ ‫‪1‬‬ ‫ب‪.‬‬ ‫أ‪Q = -q .‬‬ ‫‪q‬‬ ‫‪o‬‬ ‫د‪Q = q .‬‬ ‫=‪Q‬‬ ‫‪1‬‬ ‫جـ‪.‬‬ ‫‪2Q 2q‬‬ ‫‪q‬‬ ‫كرة من النحاس نصف قطرها ‪ُ ،R‬شحنت بحيث أصبح الجهد الكهربائي عند نقطة تبعد ‪ 3R‬عن‬ ‫مركزها ‪ .V‬الشغل الذي تبذله القوة الكهربائية لنقل شحنة‪ q‬من سطح الكرة إلى تلك النقطة يساوي‪:‬‬ ‫د‪-2qV .‬‬ ‫جـ‪3qV .‬‬ ‫ب‪2qV .‬‬ ‫أ‪qV.‬‬ ‫الوحدة ‪ :‬الجهد الكهربائي والمواسعة ‪55 3Voltage and Capacitance‬‬