حل أسئلة تقويم الفصل الخامس ( الكهرباء الساكنة )

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

حل أسئلة تقويم الفصل الخامس ( الكهرباء الساكنة )

نبدأ على بركة الله ....

خريطة المفاهيم

21. أكمل خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات التالية : التوصيل ، والمسافة ، الشحنة الأساسية .

الحل :

إتقان المفاهيم

22. إذا مشطت شعرك في يوم جاف فسوف يشحن المشط بشحنة موجبة . هل يمكن أن يبقى شعرك متعادلا ؟ وضح إجابتك .

الحل :

لا . فوفق مفهوم حفظ الشحنة فإن شعرك يجب أن يصبح سالب الشحنة .

23. أعد قائمة ببعض المواد العازلة والمواد الموصلة .

الحل :

العوازل : الهواء الجاف والخشب والبلاستيك والزجاج والملابس والماء المنزوع الأيونات .

الموصلات : الفلزات وماء الصبور وجسمك .

24. ما الخاصية التي تجعل الفلز موصلا جيدا ، والمطاط عازلا جيدا ؟

الحل :

تحتوي الفلزات على إلكترونات حرة ، أما المطاط فيحتوي على إلكترونات مرتبطة .

25. غسالة الملابس عندما نخرج الجوارب من مجففة الملابس تكون أحيانا ملتصقة بملابس أخرى . لماذا ؟

الحل :

شحنت بالدلك مع الملابس الأخرى ، لذا تنجذب إلى الملابس المتعادلة أو التي لها شحنة مخالفة .

26. الأقراص المدمجة لماذا يجذب قرص مدمج الغبار إذا مسحته بقطعة قماش نظيفة ؟

الحل :

إن عملية دلك القرص المدمج CD تؤدي إلى شحنه ، فيجذب جسيمات متعادلة ، كجسيمات الغبار .

27. عملات معدنية مجموعة شحنة جميع إلكترونات عملة مصنوعة من النيكل يساوي مئات الآلاف من الكولومات . هل يخبرنا هذا بشيء عن صافي الشحنة على هذه العملة ؟ وضح إجابتك .

الحل :

لا ، إن صافي الشحنة هو الفرق بين الشحنات الموجبة و السالبة . فيبقى صافي الشحنة على قطعة النقد صفرا .

28. كيف تؤثر المسافة بين شحنتين في القوة المتبادلة بينهما ؟ وإذا قلت المسافة وبقي مقدار الشحنتين كما هو فماذا يحدث للقوة ؟

الحل :

تتناسب القوة الكهربائية عكسيا مع مربع المسافة بين الشحنتين . فعندما تقل المسافة ويبقى مقدار الشحنتين كما هو دون تغيير تزداد القوة بما يتناسب مع مربع المسافة .

29. اشرح كيف يمكنك شحن موصل بشحنة سالبة إذا كان لديك قضيب موجب الشحنة فقط .

الحل :

حرك الموصل بحيث يصبح قريبا من القضيب ، من دون أن يلامسه . صل الموصل بالأرض في وجود القضيب المشحون ، ثم أزل التاريض قبل إزالة القضيب المشحون ، فيكتسب الموصل شحنة سالبة .

تطبيق المفاهيم

30. فيم تختلف شحنة الإلكترون عن شحنة البروتون ؟ وفيم تتشابهان ؟

الحل :

شحنة البروتون تساوي تماما مقدار شحنة الإلكترون ، ولكنها مختلفة عنها في النوع .

31. كيف يمكنك أن تحدد ما إذا كان جسم ما موصلا أم لا ، باستخدام قضيب مشحون وكشاف كهربائي ؟

الحل :

استخدم عازلا معروفا لتمسك إحدى نهايتي الجسم بالقرب من الكاشف الكهربائي . المس النهاية الأخرى للجسم بالقضيب المشحون .

32. قرب قضيب مشحون إلى مجموعة كرات بلاستيكية صغيرة جدا ، فانجذبت بعض الكرات إلى القضيب ، إلا أنها لحظة ملامستها للقضيب اندفعت مبتعدة عنه في اتجاهات مختلفة . فسر ذلك .

الحل :

بداية ، تنجذب الكرات المتعادلة إلى القضيب المشحون ، وعندما تلامسه تكتسب شحنة مشابهة لشحنته ، لذا تتنافر معه .

33. البرق يحدث البرق عادة عندما تنتقل الشحنات السالبة في الغيوم إلى الأرض . فإذا كان سطح الأرض متعادلا فما الذي يوفر قوة الجذب المسؤولة عن سحب الإلكتروات نحو الأرض ؟

الحل :

الشحنة في الغيمة تتنافر مع الإلكترونات على الأرض في المنطقة المقابلة لها ، مما يؤدي إلى فصل الشحنة ، فتصبح شحنة هذه المنطقة القريبة من الغيمة موجبة ، مما يؤدي إلى ظهور قوة تجاذب .

34. وضح ما يحدث لورقتي كشاف كهربائي مشحون بشحنة موجبة عند تقريب قضيب مشحون بالشحنات التالية إليه ، مع مراعاة عدم لمس القضيب للكاشف الكهربائي :

     a.   شحنة موجبة .

     b.  شحنة سالبة .

الحل :

     a.   يزداد انفراج ورقتي الكشاف .

     b.  يقل انفراج ورقتي الكاشف .

35. يبدو أن قانون كولوم وقانون نيوتن في الجذب العام متشابهان ، كما هو موضح في الشكل 5-13 . فيم تتشابه القوة الكهربائية وقوة الجاذبية ؟ وفيم تختلفان؟

الحل :

التشابه : يعتمد التربيع العكسي على المسافة ، وتتناسب القوة طرديا مع حاصل ضرب كتلتين أو شحنتين .

الاختلاف : هناك إشارة واحدة فقط للكتلة ، لذا فإن قوة الجاذبية دائما قوة تجاذب ، أما الشحنة فلها إشارتان ، لذا فإن القوة الكهربائية يمكن أن تكون قوة تجاذب أو قوة تنافر .

36. قيمة الثابت k في قانون كولوم أكبر كثيرا من قيمة الثابت G في قانون الجذب العام . علام يدل ذلك ؟

الحل :

القوة الكهربائية أكبر كثيرا .

37. وصف هذا الفصل طريقة كولوم لشحن كرتين A و B ، بحيث تكون الشحنة على الكرة B نصف الشحنة على الكرة A تماما . اقترح طريقة تطبقها لتصبح شحنة الكرة B مساوية ثلث شحنة الكرة A .

الحل :

بعد شحن الكرتين A و B بشحنتين متساويتين اجعل الكرة B تلامس كرتين أخريين مماثلتين لها في الحجم وغير مشحونتين ، وتلامس كل منهما الأخرى . ستتوزع الآن شحنة الكرة B بالتساوي على الكرات الثلاث ، بحيث تحمل كل منها ثلث الشحنة الكلية .

38. قاس كولوم انحراف الكرة A عندما كان للكرتين A و B الشحنة نفسها ، وتبعد إحداهما عن الأخرى مسافة مقدارها r . ثم جعل شحنة الكرة B تساوي ثلث شحنة الكرة A . كم يجب أن تكون المسافة الجديدة بين الكرتين بحيث تنحرف الكرة A بمقدار مساو لانحرافها السابق ؟

الحل :

لنحصل على القوة نفسها بثلث مقدار الشحنة الأصلية يجب تقليل المسافة بين الشحنتين بحيث تكون d² = 1/3 ، أو تساوي 0.58 مرة ضعف المسافة الابتدائية بينهما .

39. يؤثر جسمان مشحونان أحدهما في الآخر بقوة مقدارها 0.145 N عندما كانا على بعد معين أحدهما من الآخر . فإذا قرب أحدهما إلى الىخر بحيث أصبحت المسافة بينهما ربع المسافة السابقة فما مقدار القوة المؤثرة في كل منهما ؟

الحل :

أكبر من القوة الأصلية 16 مرة .

40. القوى الكهربائية بين الشحنات كبيرة جدا عند مقارنتها بقوى الجاذبية بينها ، ومع ذلك لا نشعر عادة بالقوى الكهربائية بيننا وبين المحيط من حولنا ، إلا أننا نشعر بتأثيرات قوى الجاذبية مع الأرض . فسر ذلك .

الحل :

قوى الجاذبية قوى جذب فقط . أما القوى الكهربائية فهي إما قوى جذب و إما قوى جذب وإما قوى تنافر ، وبإمكاننا الشعور فقط بالمجموع المتجهي لها ، والذي يكون عادة صغيرا ، ونشعر بقوة الجاذبية بسبب كتلة الأرض الكبيرة .

إتقان حل المسائل

5-2 القوة الكهربائية

41. شحنتان كهربائيتان ، qA و qB ، تفصل بينهما مسافة r ، ويؤثر كل منهما في الآخر بقوة مقدارها F . حلل قانون كولوم ، و حدد القوة الجديدة التي تنتج تحت الظروف التالية :

    a.   مضاعفة الشحنة qA مرتين .  

    b.  تقليل الشحنتين qA و qB إلى النصف .

    c.   مضاعفة r ثلاث أمثالها .

    d.  تقليل r إلى النصف .

    e.   مصاعفة qA ثلاث أمثالها و r إلى المثلين .

الحل :

    a.    2F

    b.   1/2 qA  و 1/2 qB فإن القوة الجديدة تساوي

(1/2)(1/2)F = (1/4) F

    c.   3d  فان القوة الجديدة تساوي :

F/(3)² = 1/9 F

    d.    1/2 d  فإن القوة الجديدة تساوي :

F/(1/2)² = 3/4 F        

    e.   3qA و 2d  فإن القوة الجديدة تساوي :

3F/(2)² = 3/4 F

42. البرق إذا نقلت صاعقة برق قوية شحنة مقدارها 25C إلى الأرض فما عدد الإلكترونات المنقولة ؟

الحل :

43. الذرات إذا كانت المسافة بين إلكترونين في ذرة 1.5 x 10 ^-10 m  فما مقدار القوة الكهربائية بينهما ؟

الحل :

44. شحنتان كهربائيتان مقدار كل منهما 2.5 x 10^-5 C ، والمسافة بينهما 15 cm . أوجد القوة التي تؤثر في كل منهما ؟

الحل :

45. إذا كانت القوة التي تؤثر في كل من الشحنتين 8.0 x 10^-5 C و 3.0x10^-5 C تساوي 2.4x10² N فاحسب مقدار المسافة بينهما .

الحل :

46. إذا أثرت شحنتان موجبتان متماثلتان كل منهما في الأخرى بقوة تنافر مقدارها 6.4 x 10^-9 N عندما كانت إحداهما تبعد عن الأخرى مسافة 3.8 x 10^-10 m ، فاحسب مقدار شحنة كل منهما .

الحل :

47. تسحب شحنة موجبة مقدارها 3.0 µC بشحنتين سالبتين ، كما هو موضح في الشكل التالي . فإذا كانت إحدى الشحنتين – 2.0 µC تبعد مسافة 0.050 m إلى الغرب ، وتبعد الشحنة الأخرى - 4.0 µC مسافة 0.030 m إلى الشرق فما مقدار واتجاه القوة المحصلة المؤثرة في الشحنة الموجبة ؟

الحل :

48. يوضح الشكل التالي كرتين مشحونتين بشحنتين موجبتين ، شحنة إحداهما تساوي ثلاثة أمثال شحنة الأخرى ، والمسافة بين مركزيهما 16 cm . إذا كانت القوة المتبادلة بينهما 0.28 N فما مقدار الشحنة على كل منهما ؟

الحل :

49. الشحنة على عملة نقدية ما مقدار الشحنة المقيسة بالكولوم للإلكترونات الموجودة في قطعة نقدية مصنوعة من النيكل ؟ استخدم الطريقة التالية لتجد الإجابة :

    a.   أوجد عدد الذرات في قطعة النقد إذا كانت كتلة القطعة 5g ، منها 75% نحاس ، أما ال25% المتبقية فمن النيكل ، لذا تكون كتلة كل مول من ذرات القطعة 62 g .

    b.  أوجد عدد الإلكترونات في قطعة النقد ، علما أن متوسط عدد الإلكترونات لكل ذرة يساوي 28.75 .

    c.   أوجد شحنة الإلكترونات بالكولوم .

الحل :

a.  
  

b. 
  

c.  
   

  

 

 

 

 

 

 

 

مراجعة عامة

50. إذا لا مست كرة فلزية صغيرة شحنتها 1.2 x 10^-5 C كرة مماثلة متعادلة ، ثم وضعت على بعد 0.15 m منها فما القوة الكهربائية بين الكرتين ؟

الحل :

51. الذرات ما القوة الكهربائية بين إلكترون وبروتون يبعد أحدهما عن الآخر 5.3 x 10^-11 m ؟ ( هذه المسافة تساوي نصف القطر التقريبي لذرة الهيدروجين ) .

الحل :

52. تؤثر قوة مقدارها 0.36 N في كرة صغيرة شحنتها 2.4 µC ، وذلك عند وضعها على بعد 5.5 cm من مركز كرة ثانية مشحونة بشحنة غير معروفة . ما مقدار شحنة الكرة الثانية ؟

الحل :

53. كرتان متماثلتان مشحونتان ، المسافة بين مركزيهما 12 cm . إذا كانت القوة الكهربائية بينهما 0.28 N فما شحنة كل كرة ؟

الحل :

54. في التجربة المستخدم فيها جهاز كولوم ، يبعد مركز كرة شحنتها 3.6x10^-8 C مسافة 1.4 cm عن مركز كرة ثانية غير معلومة الشحنة . إذا كانت القوة بين الكرتين 2.7x10^-2 N فما شحنة الكرة الثانية ؟

الحل :

55. إذا كانت القوة بين بروتون وإلكترون 3.5x10^-10 N فما المسافة بين الجسمين ؟

الحل :

التفكير الناقد

56. تطبيق المفاهيم احسب نسبة القوة الكهربائية إلى قوة الجاذبية بين الإلكترون والبروتون في ذرة الهيدروجين .

الحل :

57. حلل واستنتج وضعت الكرة A التي تحمل شحنة مقدارها +64  µC عند نقطة الأصل ، ووضعت كرة ثانية B تحمل شحنة سالبة مقدارها 16  µC عند النقطة +1.00 m على محور x . أجب عن الأسئلة التالية :

     a.   أين يجب وضع كرة ثالثة C شحنتها +12  µC بحيث تكون القوة المحصلة المؤثرة فيها صفرا ؟

     b.  إذا كانت شحنة الكرة الثالثة C تساوي +6 µC فأين يجب وضعها على أن تبقى محصلة القوى المؤثرة فيها صفرا ؟

     c.   إذا كانت شحنة الكرة الثالثة سالبة ومقدارها 12 µC ، فأين يجب وضعها على أن تبقى محصلة القوى المؤثرة فيها صفرا ؟

الحل :

   a.  
  

+2.00 m على المحور x

   b.  الشحنة الثالثة qc ، تختصر من المعادلة ، لذا لا يكون مقدارها ونوعها مهمين .

   c.   كما في الفرع b ، يكون مقدار الشحنة الثالثة qc ونوعها غير مهمين أيضا .

58. وضعت ثلاث كرات مشحونة ، كما هو موضح في الشكل التالي . أوجد القوة المحصلة المؤثرة في الكرة B .

الحل :

59. يوضح الشكل التالي كرتي بيلسان ، كتلة كل منهما 1.0 g ، وشحنتاهما متساويتان ، إحداهما معلقة بخيط عازل ، والأخرى قريبة منها ومثبتة على حامل عازل ، والبعد بين مركزيهما 3.0 cm . إذا اتزنت الكرة المعلقة عندما شكل الخيط العازل الذي يحملها زاوية مقدارها 30.0^o مع الرأسي فاحسب كلا مما يأتي :

    a.   F_g المؤثرة في الكرة المعلقة .

   b.  F_E المؤثرة في الكرة المعلقة .

   c.  الشحنة على كل من الكرتين .

الحل : 

    a.  
  

      b. 

      c.  

60. وضعت شحنتان نفطيتان ساكنتان qA و qB بالقرب من شحنة اختبار موجبة ، qT ، مقدارها +7.2 µC  . إذا كانت الشحنة الأولى qA موجبة وتساوي 3.6 µC وتقع على بعد 2.5 cm من شحنة الاختبار qT عند زاوية 35^o ، والشحنة الثانية qB سالبة ومقدارها -6.6 µC وتقع على بعد 6.8 cm من شحنة الاختبار عند زاوية 125^o :

   a.   فحدد مقدار كل قوة من القوتين اللتين تؤثران في شحنة الاختبار qT .

   b.  ارسم مخطط القوة .

   c.   حدد بالرسم القوة المحصلة المؤثرة في شحنة الاختبار qT .

الحل :

    a.  
  

   b. 
  

  c.      

الكتابة في الفيزياء

61. تارخ العلم ابحث في الأجهزة المختلفة التي كانت تستخدم في القرنين السابع عشر والثامن عشر في دراسة الكهرباء الساكنة . قد تتطرق مثلا آلة قارورة ليدن وآلة ويمشورست . ناقش كيف تم بناؤهما ، ومبدأ عمل كل منهما .

الحل :

اخترعت قارورة ليدن في منتصف أربعينيات القرن الثامن عشر ، وكانت أول مكثف يتم استخدامه ، وذلك خلال القرنين الثامن عشر والتاسع عشر لتخزين الشحنات للكهرباء المتعلقة بالتجارب والعروض . أما آلة ويمشور The Wimshurst فاستخدمت في القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين لتوليد وتفريغ الشحنات الكهربائية الساكنة . واستبدل بها مولد فان دي جراف في القرن العشرين .

اقرأ الموضوع التالي : الأجهزة التي كانت تستخدم في القرن السابع عشر والثامن عشر في دراسة الكهرباء الساكنة (آلة قارورة ليدن وآلة ويمشورست ): انقر هنا 

62. هناك قوى بين جزيئات الماء تؤدي إلى أن يكون الماء أكبر كثافة عندما يكون سائلا بين 0^oC و 4^o C مقارنة بحالته عندما يكون صلبا عند 0^oC . هذه القوى في طبيعتها ما هي إلا قوى كهروسكونية . ابحث في القوى الكهروسكونية بين الجزيئات ، ومنها قوى فان درفال وقوى الاستقطاب ، وصف أثرها في المادة .

الحل :

يجب أن يصف الطلاب التفاعل بين الشحنات الموجبة والسالبة على المستوى الجزيئي . وعليهم ملاحظة أن مقادير هذه القوى هي المسؤولة عن الاختلاف في درجتي الانصهار والغليان ، وعند خصوصية تمدد الماء بين 0 ^oC و 4 ^oC .

اقرأ موضوع :- القوى الكهروسكونية بين الجزيئات وأثرها في المادة : انقر هنا

مراجعة تراكمية

63. إذا أثرت شحنتان 2.0 x 10^-5 C و 8.0 x10^-6 C إحداهما في الأخرى بقوة مقدارها 9.0 N فاحسب مقدار البعد بينهما .

الحل :

تم بحمد الله

نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "

بالتوفيق للجميع ...^_^