جواب پرسش ها و مسئله های فصل ۴ فیزیک یازدهم ریاضی صفحه ۱۲۸ تا ۱۳۰

جواب پرسش ها و مسئله های فصل ۴ چهار صفحه های ۱۲۸ ، ۱۲۹ و ۱۳۰ فیزیک ۲ پایه یازدهم رشته ریاضی و فیزیک از فصل چهار القای الکترومغناطیسی و جریان متناوب ؛ برای مشاهده گام به گام این بخش در ادامه با آموزش و پرورش ماگرتا همراه باشید.

همچنین بخوانید: گام به گام فیزیک یازدهم رشته ریاضی و فیزیک

جواب صفحه ۱۲۸ فیزیک پایه یازدهم ریاضی فصل ۴

۱-۴ و ۴-۲ پدیدۀ القای الکترومغناطیسی و قانون القای الکترومغناطیسی فاراده

۱- دو سیملوله با حلقه‌های با مساحت یکسان ولی با تعداد دور متفاوت را مطابق شکل‌های زیر به ولت سنج حساسی وصل کرده‌ایم. دریافت خود را از این شکل‌ها بنویسید. (آهنرباها مشابه‌اند و با تندی یکسانی به طرف سیملوله‌ها حرکت می‌کنند.)

پاسخ: در شکل الف و ب با ورود آهن ربا به پیچه نیرو محرکه و جریانی در آن القا شده است با این تفاوت که در شکل ب که تعداد دور های پیچه بیشتر از الف است، نیرو  محرکه و جریان بزرگتری القا می‌شود.

۲- دو سیملوله مشابه را مطابق شکل‌های زیر به ولت سنج حساسی وصل کرده‌ایم. دریافت خود را از شکل‌های زیر بنویسید. (آهنرباها مشابه‌اند ولی با تندی متفاوتی به طرف سیملوله حرکت می‌کنند.)

پاسخ: در شکل ب سرعت حرکت آهن ربا و در نتیجه آهنگ تغییر شار بیشتر از شکل الف است؛ بنابراین نیرو محرکه القایی بیشتر است.

۳- شکل داده شده ساختمان یک بادسنج را نشان می‌دهد. اگر این بادسنج را روی بام خانه نصب کنیم، به هنگام وزیدن باد میله آن می‌چرخد و ولت سنج عددی را نشان می‌دهد.

الف) چرا چرخش میله سبب انحراف عقربه ولت سنج می‌شود؟

پاسخ: با چرخش میله، آهنربای متصل به آن نیز می چرخد و سبب تغییر شار مغناطیسی در فضای اطراف خود می‌شود. این امر سبب القای جریانی در سیم پیچ می‌شود.

ب) آیا با افزایش تندی باد، عددی که ولت سنج نشان می‌دهد تغییر می‌کند؟ چرا؟

پاسخ: با افزایش سرعت، آهنگ تغییر شار مغناطیسی نیز افزایش می‌یابد و در نتیجه جریان بزرگتری در سیم پیچ القا می‌شود.

پ) برای بهبود و افزایش دقت کار دستگاه دو پیشنهاد ارائه دهید.

پاسخ: استفاده از سیم پیچ با تعداد دورهای بیشتر و آهن ربای قوی‌تر با روغن کاری دستگاه و کاهش اصطکاک همچنین استفاده از ولت سنج دقیق تر می تواند سبب بهبود و افزایش دقت دستگاه شود.

۴- سطح حلقه‌های پیچه‌ای که دارای ۱۰۰۰ حلقه است، عمود بر میدان مغناطیسی یکنواختی که اندازه ۰/۰۴۰T و جهت آن از راست به چپ است، قرار دارد. میدان مغناطیسی در مدت ۰/۰۱۰sتغییر می‌کند و به ۰/۰۴۰T در خلاف جهت اولیه می‌رسد. اگر سطح هر حلقه پیچه ۵۰cm^۲ باشد، اندازه نیروی محرکه القایی متوسط در پیچه را حساب کنید.

پاسخ: اگر نیم خط عمود بر سطح پیچه را به سمت راست فرض کنیم در این صورت:

دانش آموزان باید توجه کنند برای محاسبه Φ_۲، باید جهت نیم خط عمود بر پیچه که به سمت راست انتخاب شده بود را تعییر ندهند:

۵- مساحت هر حلقه پیچه‌ای ۳۰cm^۲ و پیچه متشکل از ۱۰۰۰ حلقه است. در ابتدا سطح پیچه‌ها بر میدان مغناطیسی زمین عمود است. اگر در مدت ۰/۰۲۰s پیچه بچرخد و سطح حلقه‌ها موازی میدان مغناطیسی زمین شود، نیروی محرکه متوسط القایی در آن چقدر است؟ اندازه میدان زمین ۰/۵۰G در نظر بگیرید.

پاسخ: در تصویر زیر می توانید مشاهده کنید:

۳-۴ قانون لنز

۶- قطب N یک آهنربا را مطابق شکل روبه رو به یک حلقه رسانا نزدیک می‌کنیم. جهت جریان القایی را در حلقه مشخص کنید.

پاسخ: چون آهن ربا در حال نزدیک شدن به حلقه است، شار مغناطیسی افزایش می یابد، در نتیجه میدان مغناطیسی حلقه خلاف جهت میدان مغناطیسی آهن ربا خواهد بود. با استفاده از قاعده دست راست برای حلقه، جهت جریان در حلقه ساعتگرد خواهد بود.

پاسخ دیگر: طبق قانون لنز حلقه باید با نزدیک شدن آهنربا مخالفت کند، بنابراین مطابق شکل باید حلقه به آهنربایی با قطب های N و S تبدیل شود. در نتیجه جهت جریان القایی در حلقه باید ساعتگرد باشد.

۷- دو آهنربای میله‌ای مشابه را مطابق شکل، به طور قائم از ارتفاع معینی نزدیک سطح زمین رها می‌کنیم به طوری که یکی از آنها از حلقه رسانایی عبور می‌کند. اگر سطح زمین در محل برخورد آهنرباها نرم باشد، مقدار فرورفتگی آهنرباها را در زمین با یکدیگر مقایسه کنید. (تأثیر میدان مغناطیسی زمین روی آهنرباها را نادیده بگیرید.)

پاسخ: آهنربا سمت چپ کم تر فرو می رود. زیرا هنگام دور شدن آهنربای سمت چپ از درون حلقه، طبق قانون لنز حلقه با دور شدن آهنربا مخالفت خواهد کرد و قسمت پایین آهنربا مطابق شکل به قطب N تبدیل می شود که این عمل باعث کم شدن سرعت آهنربا خواهد شد.

پاسخ دیگر: آهن ربا هنگام عبور از حلقه رسانا، با مخالفتی زیر می‌شود که منشا آن به جریان القایی در حلقه مربوط است. بنابراین، آهنربایی که از حلقه می‌گذرد ،کمتر در زمین فرو می رود.

جواب صفحه ۱۲۹ فیزیک پایه یازدهم ریاضی فصل چهارم

۸- جهت جریان القایی را در هریک از حلقه‌های رسانای نشان داده شده در شکل‌های زیر تعیین کنید.

پاسخ: الف) ساعتگرد، ب) پاد ساعتگرد، پ) جریانی القا نمی‌شود.

توضیح بیشتر: الف) شار مغناطیسی سیم بلند در درون حلقه برون سو و در حال افزای است طبق قانون لنز، شار مغناطیسیی حلقه باید با افزایش شار مخالفت کند با توجه به قاعده دست راست جهت جریان القایی، ساعتگرد را به وجود می‌آورد.

ب) شار مغناطیسی سیم بلند در درون حلقه برون سو و در حال کاهش است. طبق قانون لنز، شار مغناطیسی حلقه باید با کاه شار مخالفت کند با توجه به قاعده دست راست جهت جریان القایی، پادساعتگرد را به وجود می آورد.

پ) چون جریان ثابت است، شار مغناطیسی سیم بلند در درون حلقه ثابت بوده و جریان القایی صفر می شود.

۹- شکل زیر سیملوله حامل جریانی را نشان می‌دهد که در حال دور شدن از یک حلقه رساناست. جهت جریان القایی را در حلقه با ذکر دلیل تعیین کنید.

پاسخ: مطابق شکل با استفاده از قاعده دست راست، جهت قطب های سیملوله را مشخص می کنیم. حال با توجه به دور شدن سیملوله، طبق قانون لنز حلقه باید با دور شدن سیملوله مخالفت کند. بنابراین سمت راست حلقه به قطب N و سمت چپ آن به قطب S تبدیل می شود. در نتیجه جهت جریان القایی درون حلقه باید پادساعتگرد باشد.

پاسخ دیگر: با توجه به شکل، بارور شدن سیم لوله شار مغناطیسی کاهش می یابد. در نتیجه میدان مغناطیسی حلقه هم جهت با میدان مغناطیسی سیم لوله (به سمت راست) خواهد بود. با توجه به قاعده دست راست برای جریان القایی (برای ناظر در سمت سیملوله) در جهت پادساعتگرد می شود.

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

پاسخ: با افزایش مقاومت رئوستا، جریان عبوری از مدار کاهش می یابد و در نتیجه شار عبوری از حلقه رسانا نیز کاهش می یابد. با توجه به جهت جریان و میدان مغناطیسی ناشی از مدار، جریان القایی در جهت یادساعتگرد در حلقه رسانا به وجود می‌آید.

پاسخ دیگر: چون نیروی محرکه باتری ثابت است، با افزایش مقاومت رئوستا، جریان عبوری از مدار کاهش می‌یابد، با توجه به تعیین جهت میدان مغناطسی در محل حلقه رسانا، و همچنین کاهش جریان در مدار، جهت جریان القایی در حلقه رسانا پادساعتگرد است.

۱۱- دو حلقه رسانا در نزدیکی یک سیم دراز حامل جریان ثابت I قرار دارند؛ این دو حلقه با تندی یکسان، ولی در جهت‌های متفاوت مطابق شکل زیر حرکت می‌کنند. جهت جریان القایی را در هر حلقه با ذکر دلیل تعیین کنید.

پاسخ: در حلقه سمت چپ، چون به موازات سیم دراز حامل جریان ثابت I حرکت می کند، جریانی القا نمی‌شود. شار عبوری از حلقه در هر لحظه از زمان ثابت است و تغییری نمی‌کند. در حلقه سمت راست، جریان درجه ساعتگرد القا می‌شود تا کاهش شار عبوری از آن جبران شود.

۱۲- 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 خروج قاب میدان مغناطیسی و شار عبوری از آن کاهش میباشد و طبق قانون لنز برای مخالفت با تغییر شار، ‘B القا شده در مرکز قاب هم جهت با B و جریان القایی ساعتگرد است.

۱۳- شکل زیر رسانای U شکلی را درون میدان مغناطیس یکنواخت که عمود بر صفحه شکل و رو به داخل صفحه است نشان می‌دهد. وقتی میله فلزی CD به طرف راست حرکت کند، جهت جریان القایی در مدار در چه جهتی است؟

پاسخ: با حرکت میله ی CD به سمت راست، مساحت حلقه افزایش یافته و در نتیجه شار گذرنده از حلقه نیز افزایش می‌یابد. در این حالت طبق قانون لنز جهت میدان مغناطیسی ناشی از حلقه باید برون سو باشد تا با افزایش شار مغناطیسی مخالفت کند. بنابراین جهت جریان القایی پادساعتگرد خواهد بود.

پاسخ دیگر: با حرکت میله فلزی به سمت راست، میدان عبوری از مساحت قاب افزایش و شار افززایش می یابد. طبق قانون لنز برای مخالفت با افزایش شار جریان پاد ساعتگرد در قاب ایجاد می‌شود.

۱۴- در مدار نشان داده شده در شکل زیر، جهت جریان القایی را در مقاومت R در هریک از دو حالت زیر با ذکر دلیل پیدا کنید:

الف) در لحظه بستن کلید K.

پاسخ: با بستن کلید شار مغناطیسی افزایش می‌یابد و میدان سیم‌لوله‌ها خلاف جهت هم می‌شود. در نتیجه جریان در مقاومت R از b به a می‌باشد.

ب) در لحظه باز کردن کلید K.

پاسخ: با باز کردن کلید شار مغناطیسی کاهش می یابد و میدان سیملوله‌ها هم c جهت هم می‌شود. در نتیجه جریان در مقاومت R از a به b می‌باشد.

جواب صفحه ۱۳۰ فیزیک پایه یازدهم ریاضی فصل چهار

۱۵- حلقه رسانای مربعی شکل، به طول ضلع ۱۰cm وارد میدان مغناطیسی درون سویی به اندازه ۲۰mT و سپس از آن خارج می‌شود.

الف) در کدام مرحله شار عبوری از حلقه بیشینه است؟ مقدار شار گذرنده از حلقه در این حالت چقدر است؟

پاسخ: در حالت دوم – زیرا تمام حلقه درون میدان مغناطیسی قرار دارد:

فرض شده است که نیم خط عمود بر حلقه، در جهت درون سو است.

ب) در کدام وضعیت (ها) شار گذرنده از حلقه تغییر می‌کند؟ جهت جریان القایی را در حلقه تعیین کنید.

پاسخ: در شکل ۱ و ۳ هنگام ورود و خروج قاب به میدان مغناطیسیی شار مغناطیسی تغییر می کند. طبق قاعده دست راست و قانون لنز، جهت جریان القایی در شکل 1۱پادساعتگرد و در شکل ۳ ساعتگرد است.

۱۶- حلقه رسانایی به طرف یک آهنربای میله‌ای حرکت می‌کند. شکل زیر، حلقه را در سه وضعیت نسبت به آهنربا نشان می‌دهد. جهت جریان القایی را در حلقه برای هر وضعیت به طور جداگانه تعیین کنید.

پاسخ: در حالت ۱: روبه بالا (پادساعتگرد)
در حالت ۲: جریانی القا نمی‌شود.
در حالت ۳: رو به پایین (ساعتگرد)

پاسخ طولانی‌تر: حالت ۱: حلقه در حال نزدیک شدن به آهن ربای میله ای بوده و شار عبوری از حلقه در حال افزایش است. در این حالت جهت جریان القایی درون حلقه باید به سمتی باشد که با افزایش شار مغناطیسی مخالفت کند. بنابراین مطابق شکل جهت جریان القایی درون حلقه به سمت بالا خواهد شد.

حالت ۲: کل حلقه درون میدان قرار دارد و با تغییر مکان حلقه، ار مغناطیسی گذرنده از حلقه تغییری نمی کند و ثابت می ماند. بنابراین در این حالت جریانی درون حلقه القا نمی‌شود.

حالت ۳: حلقه در حال دور شدن به آهنربای میله‌ای بوده و شار عبوری از حلقه در حال کاهش است. در این حالت جهت جریان القایی درون حلقه باید به سمتی باشد که با کاهش شار مغناطیسی مخالفت کند. بنابراین مطابق شکل جهت I جریان القایی درون حلقه به سمت پایین خواهد شد.

۴-۴ القاگرها

۱۷- شکل زیر مداری را نشان می‌دهد؛ شامل یک القاگر (سیملوله)، باتری، رئوستا و آمپرسنج که به طور متوالی به یکدیگر بسته شده‌اند. اگر بخواهیم بدون تغییر ولتاژ باتری، انرژی ذخیره شده در القاگر را زیاد کنیم چه راهی پیشنهاد می‌کنید؟

پاسخ: انرژی ذخیره شده در القاگر از رابطه U=۱/۲ LI^۲ به دست می آید. با کاهش مقاومت رئوستا، جریان عبوری از مدار و در نتیجه القاگر افزایش می‌یابد. در این صورت انرژی بیشتری در القاگر ذخیره می‌شود.

با قرار دادن یک هسته فرو مغناطیسی نرم درون القاگر (سیملوله)، ضریب خودالقایی آن افزایش می‌یابد و در نتیجه انرژی بیشتری در القاگر ذخیره می‌شود.

پاسخ دیگر:  ۱- حرکت لغزنده رئوستا به سمت راست که باعث کاهش مقاومت و افزایش جریان الکتریکی مداری می‌شود.
۲- افزایش تعداد حلقه‌های القاگر

۱۸- مساحت هر حلقه و طول سیملوله شکل زیر به ترتیب ۲۰cm۲ و ۸۰cm است. اگر این سیملوله از ۱۰۰۰ حلقه نزدیک به هم تشکیل شده باشد.

الف) ضریب خودالقایی آن را پیدا کنید.

پاسخ: در تصویر زیر می توانید مشاهده کنید:

ب) چه جریانی از سیملوله بگذرد تا در میدان مغناطیسی آن ۰/۴۰mJ انرژی ذخیره شود؟

پاسخ: در تصویر زیر می توانید مشاهده کنید:

۵-۴ جریان متناوب

۱۹- جریان متناوبی که بیشینه آن ۲/۰A و دوره آن ۰/۰۲۰s است، از یک رسانای ۵ اهمی می‌گذرد.

الف) اولین لحظه‌ای که در آن جریان بیشینه است چه لحظه‌ای است؟ در این لحظه نیروی محرکه القایی چقدر است؟

پاسخ: دانش آموزان باید از رابطهٔ ۴-۷، برای حل این مسئله استفاده کنند. با جایگذاری مقادیر داده شده داریم:

در داریم:

به این ترتیب در لحظهٔ برای اولین بار، جریان به بیشینهٔ خود می‌رسد. با توجه به مقاومت رسانا داریم:

ب) در لحظه ، جریان چقدر است؟

پاسخ: در تصویر زیر می توانید مشاهده کنید:

۲۰- در مبدل آرمانی شکل زیر، اگر بیشینه ولتاژ دوسر مقاومت R برابر ۷/۰V باشد، بیشینه ولتاژ مولد چقدر است؟

پاسخ: در تصویر زیر می توانید مشاهده کنید:

⭕️ تذکر: دانش‌آموز عزیز، لطفاً توجه کنید که مطالب درسی در این وب‌سایت صرفاً به منظور کمک و آموزش قرار داده شده‌اند و نباید از آن ها به‌طور نادرست استفاده کنید. لذا، پیش از مشاهده پاسخ‌ها، لطفاً یکبار دیگر خودتان به سوالات پاسخ دهید و در صورت بروز مشکلات، از این پاسخ‌ها کمک بگیرید.

پاسخ صفحه قبلی: جواب تمرین صفحه ۱۲۷ فیزیک یازدهم ریاضی

✅ به پایان جواب پرسش‌ها و مسئله‌های فصل 4 چهارم صفحه 128 ، 129 و 130 فیزیک 2 پایه یازدهم ریاضی رسیدیم، جهت مشاهده گام به گام سایر کتاب های درسی‌تان کافیست آن را به همراه عبارت «ماگرتا» در گوگل جست و جو فرمایید. همچنین اگر سوالی داشتید حتما آن را از بخش دیدگاه بپرسید.