الفيزياء

الحادي عشر خطة جديدة

icon

صفحة 51 سؤال مقدمة الوحدة

أتأمل
الإجابة: طاقة وضع كهربائية مخزونة في الشحنات الكهربائية تحررت عند تفريغ الشحنة خلال الهواء.

صفحة 53  أسئلة التجربة الاستهلالية:
1. حتى تحافظ الكرة على شحنتها ولا يحدث لها تفريغ في اليد.
2. عند ملامسة كرة مشحونة إلى كرتين متماثلتين فإنهما تحصلان على مقدار من الشحنة يقسم بينهما
بالتساوي لأن الشحنة تتوزع على سطحي الكرتين بانتظام، لأن مساحة السطحين متساوية. أما
عندما تكون إحدى الكرتين كبيرة فإن مساحة سطحها تكون كبيرة، وتأخذ كمية من الشحنة أكبر من
كمية الشحنة التي تأخذها الكرة الصغيرة.
3. بما أن قراءة الميزان تزداد عند تأثير القوة الكهربائية، فإن اتجاه هذه القوة يكون نحو الأسفل.
4. عند زيادة المسافة الرأسية بين الكرتين، سوف تقل قوة التنافر الكهربائية بينهما، والعكس.
5. لأن تأثير القوة الكهربائية ينتقل إلى الأجسام دون حدوث تلامس أو اتصال مباشر بينها .
الدرس الأول: قانون كولوم
طرائق الشحن الكهربائي:
صفحة 56  أتحقَّق :

  • طريقة الشحن بالدلك، طريقة الشحن بالتوصيل، طريقة الشحن بالحث.
  • أقل كمية شحنة توجد على انفراد ( 1.6×1019 C)، ويحمل هذا المقدار كل من الإلكترون والبروتون.

قانون كولوم:
صفحة 57  أفكر:
عندما أستخدم مادة عازلة سماحيتها (𝜀=3𝜀0)، فإن القوة ( ′𝐹) تصبح ثلث القوة في حالة الهواء:
𝐹=𝑄1𝑄24𝜋𝜀𝑟2=𝑄1𝑄24𝜋3𝜀0𝑟2=13𝐹

صفحة 60  تمرين:
أستعمل الرمز 𝐹21 لتمثيل القوّة التي تؤثّر بها الشحنة 𝑄2 في الشحنة 𝑄

وأستعمل الرمز 𝐹31 لتمثيل القوّة التي تؤثّر بها الشحنة 𝑄3 في الشحنة 𝑄1 .
𝐹21=𝑘𝑄1𝑄2𝑟12 𝐹12=9×109×3×106×1×106(0.3)2 𝐹12=3×101 N
بما أن الشحنتين (𝑄1,𝑄2) مختلفتان في النوع؛ فإنّ القوّة الناشئة بينهما تكون تجاذبا، أي إنّ القوّة 𝐹21
تكون باتّجاه محور (𝑥) السالب.
𝐹31=𝑘𝑄3𝑄1𝑟22𝐹31=9×109×1.5×106×3×106(0.9)2 𝐹31=0.5×101 N
وبما أنّ الشحنتين 𝑄3,𝑄1 مختلفتان في النوع؛ فإنّ القوّة الناشئة بينهما تكون تجاذبا، أي إنّ القوّة 𝐹31
تكون باتّجاه محور ( 𝑥 ) السالب.
𝐹1=𝐹21+𝐹31 𝐹2=3×101+0.5×101=3.5×101 N
وتكون القوّة المحصّلة التي تؤثّر في الشحنة الأولى نحو اليسار؛ أي باتّجاه محور ( 𝑥 ) السالب.

صفحة 62  تمرين:
لمعرفة القوة المحصلة المؤثرة في الشحنة ( 𝑄1)، توجد قوتان ( 𝐹21,𝐹31 )
𝐹21=𝑘𝑄2𝑄1𝑟22𝐹21=9×109×1×106×1×106(0.3)2 𝐹21=1×101 N

 

𝐹31=𝑘𝑄3𝑄1𝑟12𝐹31=9×109×1×106×1×106(0.3)2 𝐹31=1×101 N

مقدار القوة المحصلة :

 𝐹=𝐹212+𝐹312+2𝐹21𝐹31𝑐𝑜𝑠𝜃 𝐹=0.01+0.01+2×0.1×0.1×𝑐𝑜𝑠120        =1×101 N

صفحة 63 إجابات تجربة 1

1. 

2. الحساب:
𝐹=𝑚𝑔dL
3. الرسم العلاقة البيانية بين القوّة الكهربائية والمسافة الفاصلة بين الكرتين r

صفحة 65  أتحقق: الموصلات المشحونة:
يلزم استخدام قانون كولوم، لأن الكرة المشحونة يكون تأثيرها كما لو كانت الشحنة نقطية، والكميات
اللازمة مقدار الشحنة على كل كرة، والمسافة بين مركزي الكرتين، ولا يلزم معرفة نصفي قطري الكرتين .
صفحة 66 

مراجعة الدرس الأول
1. الفكرة الرئيسة:
ينص قانون كولوم على أنّ القوّة الناشئة بين شحنتين نقطيتين في الفراغ تتناسب طرديا مع حاصل ضرب الشحنتين، وعكسيا مع مر بع البعد بينهما.

𝐹=𝑘𝑄1𝑄2𝑟2

2. الشحن بالدلك: دلك جسبم مع آخر، ينتج عنه انتقال الإلكترونات من سطح أحد الجسمين إلى سطح الجسم الآخر؛ فيُصبح الجسم الفاقد للإلكترونات موجب الشحنة، و يُصبح الجسم المكتسب للإلكترونات سالب الشحنة.
الشحن بالتوصيل: ملامسة جسم مشحون مع آخر متعادل؛ فيحدث انتقال للشحنات الكهربائية بين الجسمين. فإذا كان الجسم المشحون سالب الشحنة، انتقلت بعض الإلكترونات منه إلى الجسم المتعادل؛ فأصبح الجسمان سالبين. وإذا كان الجسم المشحون موجب الشحنة، انتقلت إليه بعض
الإلكترونات من الجسم المتعادل؛ فأصبح الجسمان موجبين.
الشحن بالحث: تقريب جسم مشحون (موصل أو عازل) من جسم متعادل من دون ملامسته، فيُعاد توزيع الشحنات على طرفي الجسم الموصل المتعادل، بحيث تنحاز الشحنات السالبة إلى جهة محددة من الجسم لتُشكّل طرفًا سالبًا، تاركة الطرف الآخر موجب الشحنة، ويكون هذا التوزيع مؤقتا طالما بقي المؤثر قريبًا.
3. تؤثّر الشحنة السالبة على المسطرة في الورقة فيحدث استقطاب لذرات الورقة ينتج عنه إعادة توزيع طفيف لشحنات تلك الذرات، وهذا يؤدي إلى شحن سطح الورقة القريب من المسطرة بشحنة كهربائية موجبة، تتجاذب مع الشحنات السالبة على المسطرة البلاستيكية.
4. القوّة الكهربائية 

𝐹=𝑘𝑄2𝑄1𝑟22 𝐹=9×109×2×106×2×106(0.5)2=1.44×101 N

 

5. التحليل البياني:

أستنتج أن ميل هذه العلاقة يساوي المقدار

𝐹1𝑟2=𝐹𝑟2=𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 𝐹=𝑘𝑄2𝑄1𝑟2 𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒=𝑘𝑄2𝑄1

تخضع النتائج لقانون كولوم، لكن تنحرف بعض القياسات عن القيم الحقيقية لها، بسبب أخطاء في التجربة .

6. التفكير الناقد: أن تساوي القوة المحصلة صفرًا، فهذا يعني أن القوتين المؤثرتين في الشحنة الثالثة ( 𝑞) متساويتان مقدارًا ومتعاكستان اتجاهًا، علمًا أن: 𝑄1=𝑄2=𝑄
𝐹1=𝐹2 𝑘𝑄𝑞𝑟2=𝑘𝑄𝑞(1𝑟)2 𝑟2=(1𝑟)2=12𝑟+𝑟2 𝑟=12=0.5 m
أستنتج أن نقطة التعادل تقع في منتصف المسافة بين الشحنتين المتساويتين والمتشابهتين.