جواب پرسش ها و مسئله های فصل ۲ صفحه ۷۹ ، ۸۰ ، ۸۱ و ۸۲ فیزیک پایه یازدهم ریاضی

جواب پرسش ها و مسئله های فصل ۲ صفحه های ۷۹ و ۸۰ و ۸۱ و ۸۲ فیزیک پایه یازدهم رشته ریاضی و فیزیک از فصل ۲ جریان الکتریکی و مدارهای جریان مستقیم ؛ برای مشاهده گام به گام این بخش در ادامه با آموزش و پرورش ماگرتا همراه باشید.

پاسخ صفحه بعد :جواب پرسش صفحه ۸۴ فیزیک پایه یازدهم ریاضی

جواب صفحه ۷۹ فیزیک پایه یازدهم ریاضی

۱-۲ و ۲-۲ جریان الکتریکی، مقاومت الکتریکی و قانون اهم

۱) در کدام یک از ‌شکل‌های زیر، لامپ روشن می‌شود؟ جواب : شکل پ

لامپ مدار الف در مسیر عبور جریان مدار قرار ندارد، بنابراین خاموش می‌ماند.
لامپ مدار ب جریانی ایجاد نمی‌کند زیرا مسیر بسته‌ای برای عبور جریان وجود ندارد، بنابراین خاموش می‌ماند.
لامپ مدار پ روشن است؛ زیرا دو سر لامپ به اختلاف پتانسیل وصل شده‌اند و جریان الکتریکی نیز از فیلامان لامپ عبور می‌کند.

۲) در مدار شکل زیر اختلاف پتانسیل دو سر لامپ ۴/۰V و مقاومت آن ۵/۰Ω است. در مدت ۵ دقیقه چه تعداد الکترون از لامپ می گذرد؟

۲) پاسخ به صورت زیر خواهد بود:

۳) بررسی کنید اگر مته برقی (دریل) معیوب شکل های زیر را با دوشاخه (شکل الف) یا سه شاخه (شکل ب) به پریز وصل کنیم، چه رخ می دهد؟

در حالت (الف)، جریان الکتریکی از طریق بدن شخص به زمین منتقل می‌شود و او دچار برق‌گرفتگی می‌شود. اما در حالت (ب)، جریان از طریق مسیر رسانایی عبور کرده و باعث برق‌گرفتگی شخص نمی‌شود. در مته معیوب، اگر روکش عایق یکی از سیم‌ها از بین برود و با بدنه دستگاه اتصال داشته باشد، شخصی که به آن دست می‌زند دچار برق‌گرفتگی می‌شود. اما اگر سیم اتصال به زمین داشته باشد، جریان الکتریکی از طریق اتصال به زمین عبور می‌کند و شخص دیگری دچار برق‌گرفتگی نمی‌شود.

۴) آذرخش مثالی جالب از جریان الکتریکی در پدیده های طبیعی است. در یک آذرخش نوعی ۱۰^۹ × ۱/۰ ژول انرژی تحت اختلاف پتانسیل در بازه زمانی ۰/۲۰s آزاد می شود. با استفاده از این اطلاعات

الف) مقدار بار کل منتقل شده بین ابر و زمین،

ب) جریان متوسط در یک یورش آذرخش

و پ) توان الکتریکی آزاد شده در ۰/۲۰s را به دست آورید.

۵) در آزمایش تحقیق قانون اهم، نتایج جدول زیر به دست آمده است.

در محدوده ولتاژ ۰ تا ۷ ولت

یا نمودار زیر :

این رسانا در محدوده‌ی ولتاژ تا ۷ ولت از قانون اهم پیروی می‌کند، زیرا نمودار (I−V) آن خط راستی است که از مبدأ مختصات می‌گذرد. (جریان به طور مستقیم با ولتاژ افزایش می‌یابد.)

۶) شکل زیر نمودار I-V را براى دو رسانای A و B نشان مى دهد. مقاومت کدام یک بیشتر است؟ چرا؟

در نتیجه داریم :

به ازای ولتاژ ثابت جریان عبوری از رسانای الف کمتر از رسانای ب می باشد.و چون مقاومت با جریان رابطه عکس دارد پس مقاومت الف بیشتر از مقاومت ب است.

درنمودار I-V هرچه شیب نمودار کمتر باشد مقاومت رسانا بیشتر خواهد بود.

۳-۲ عوامل مؤثر بر مقاومت الکتریکی

۷) دو رسانای فلزی از یک ماده ساخته شده اند و طول یکسانی دارند. رسانای A سیم توپری به قطر ۱/۰mm است. رسانای B لوله ای توخالی به شعاع خارجی ۲/۰mm و شعاع داخلی ۱/۰mm است. مقاومت رسانای A چند برابر مقاومت رسانای B است؟

۷) پاسخ به صورت زیر خواهد بود:

۸) در ماشین های چمن زنی برقی برای مسافت های حداکثر تا ۳۵m از سیم های مسی نمره ۲۰ (قطر ۰.۰۸ سانتی متر) و برای مسافت های طولانی تر از سیم های ضخیم تر نمره ۱۶ (قطر ۰.۱۳ سانتی متر) استفاده می کنند تا بدین ترتیب مقاومت سیم را تا آنجا که ممکن است کوچک نگه دارند.

الف) مقاومت یک سیم ۳۰ متری ماشین چمن زنی چقدر است؟

ب) مقاومت یک سیم ۷۰ متری ماشین چمن زنی چقدر است؟ (دمای سیم ها را  در نظر بگیرید.)

جواب صفحه ۸۰ فیزیک پایه یازدهم ریاضی

۹- مقاومت رشتهٔ درونی یک برشته کن که از جنس نیکروم است، در حالت روشن (دمای ۱۲۰۰^۰C) برابر ۴۴Ω است. مقاومت این رشته در دمای ۲۰^۰C چقدر است؟ (از تغییر طول و قطر رشته در اثر تغییر دما چشم پوشی شود).

۴-۲ نیروی محرکۀ الکتریکی و مدارها

۱۰- شکل زیر یک مشابهت سازی مکانیکی برای درک مقاومت و نیروی محرکهٔ الکتریکی را نشان می‌دهد که در آن بر سطح شیب داری میخ‌هایی تعبیه شده و تیله‌ها از ارتفاع بالای سطح شیب دار رها می‌شوند و سپس دوباره به بالای سطح شیب دار بازگردانده می‌شوند. این مشابهت سازی مکانیکی را توجیه کنید.

دست یک شخص به عنوان منبع نیروی محرکه استفاده می شود تا گلوله ها را از سطح زمین به ارتفاع مشخصی بالا برده و انرژی پتانسیل مورد نیاز برای حرکت گلوله ها به سمت پایین فراهم شود. میخ ها که اصطلاحاً اتم های رسانا هستند، باعث ایجاد مقاومت در مسیر حرکت گلوله می شوند و بخشی از انرژی جنبشی گلوله ها را در طول حرکت خود جذب می کنند.

۱۱) اختلاف پتانسیل دو سر باترى خودروهاى سوارى برابر ۱۲ ولت است. اگر هشت باترى قلمى ۱/۵ ولتى را به طور متوالى به یکدیگر وصل کنیم، اختلاف پتانسیل دو سر مجموعه آنها نیز برابر ۱۲ ولت مى شود. توضیح دهید چرا در خودروها به جاى باترى خودرو از هشت باترى قلمى استفاده نمى شود.

طبق رابطه P=VI ، توان تولید شده در یک باتری به دو عامل ولتاژ و جریان وابسته است. اگرچه ولتاژ هر دو نوع باتری یکسان است، اما به دلیل جریان الکتریکی بسیار کمتر در باتری‌های قلمی نسبت به باتری خودرو، توان تولید شده در این باتری‌ها بسیار پایین است و نمی‌توانند در خودروها استفاده شوند.

۱۲ – یک باتری را در نظر بگیرید که وقتی به مدار بسته نیست پتانسیل دو سرش برابر ۱۲/۰V است. وقتی یک مقاومت ۱۰/۰Ω به این باتری بسته شود، اختلاف پتانسیل دو سر باتری به ۱۰/۹V کاهش می‌یابد. مقاومت داخلی باتری چقدر است؟

۱۳- در مدار شکل زیر جریان در مدار و اختلاف پتانسیل بین دو نقطهٔ A و B (VB−VA) را محاسبه کنید.

با توجه به اینکه مقدار ε۱ نسبت به سایر منابع نیروی محرکه‌ی مدار بیشتر است، جهت جریان را مولد ۱ مشخص می‌کند که جهت جریان پادساعتگرد است. در نتیجه، با نوشتن قاعده‌ی حلقه و با حرکت از نقطه A در جهت جریان، می‌توانیم بنویسیم:

۱۴- در شکل زیر

الف) اختلاف پتانسیل دو سر مولدها را به دست آورید.

ابتدا باید جریان مدار را بدست آوریم. به دلیل اینکه ε_۱ بزرگتر از ε_۲ است، جهت جریان را مولد ۱ مشخص می‌کند. (جهت جریان ساعتگرد است). با نوشتن قاعده‌ی حلقه و با حرکت از نقطه‌ی A در جهت جریان، داریم:

ب) پتانسیل نقطهٔ A را تعیین کننید.

همواره پتانسیل نقطه‌ای که به زمین متصل است، صفر در نظر گرفته می‌شود. با حرکت از نقطه A به سمت نقطه اتصال به زمین در جهت جریان، پتانسیل کاهش می‌یابد:

۵-۲ توان در مدارهای الکتریکی

۱۵- دو لامپ رشته ای در اختیار داریم که جنس و طول رشته آنها یکسان است، ولی رشته لامپ B ضخیم تر از رشته لامپ  Aاست. وقتی لامپ ها به ولتاژ یکسانی وصل شوند، کدام لامپ پر نورتر خواهد بود و چرا؟

لامپ A – طبق رابطه‌ی رابطه مقاومت و سطح مقطع رسانا عکس دارند. هرگاه رشته لامپ چند مسیله نازک‌تر باشد، مقاومت آن به اندازه‌ای بزرگتر خواهد بود. به همین دلیل، انرژی الکتریکی بیشتری به گرما و نور تبدیل می‌شود.

۱۶- بر روی وسیله‌های الکتریکی، اعداد مربوط به ولتاژ و توان نوشته می‌شود. برای دو وسیلهٔ زیر،

الف) سیم‌های اتصال به برق آنها باید بتواند حداقل چه جریانی را از خود عبور دهد؟

ب) مقاومت الکتریکی هر وسیله در حالت روشن چقدر است؟

جواب صفحه ۸۱ فیزیک پایه یازدهم ریاضی

۱۷- لامپ یک چراغ قوهٔ معمولی با ولتاژ ۲/۹V کار می‌کند و در این حالت جریان ۰/۳۰A از آن می‌گذرد. اگر مقاومت رشتهٔ تنگستنی این لامپ در دمای اتاق (۲۰^۰C) برابر ۱/۱Ω باشد، دمای این رشته وقتی که لامپ روشن است، چقدر می‌شود؟

۱۸- شکل زیر جریان I را در یک مدار تک حلقه‌ای با باتری B و مقاومت‌های R_۱ و R_۱ (و سیم‌هایی با مقاومت ناچیز) نشان می‌دهد.

الف) قطب‌های پایانه‌های B را مشخص کنید. در نقاط a، b و c ب) بزرگی جریان، پ) پتانسیل الکتریکی و ت) انرژی پتانسیل الکتریکی حامل‌های بار مثبت را به گونه‌ای مرتب کنید که بیشترین مقدار در ابتدا باشد.

الف) با توجه به جهت جریان، قطب‌های پایانه‌ی B مشخص می‌شود.
ب) بزرگی جریان در کلیه‌ی قسمت‌های مدار ثابت است: I_a=I_b=I_c=I
پ) نقاطی که به پایانه‌ی مثبت نزدیک‌ترند، پتانسیل الکتریکی بیشتری دارند: V_b>V_c>V_a
ت) نقاطی از مدار که به پایانه‌ی مثبت نزدیک‌تر است، انرژی پتانسیل الکتریکی حامل‌های بار مثبت در آن بیشتر است: U_b>U_c>U_a

۱۹- تلویزیون و یکی از لامپ‌های خانهٔ خود را در نظر بگیرید و فرض کنید که هر کدام روزی ۸ ساعت با اختلاف پتانسیل ۲۲۰ ولت روشن باشد.

الف) انرژی الکتریکی مصرفی هر کدام در یک دورهٔ یک ماهه ۳۰ روز(چند) kWh است؟ (توان مصرفی هر وسیله را از روی آن بخوانید.)

انرژی مصرفی از رابطه‌ی U=Pt به دست می‌آید. برای محاسبه‌ی انرژی مصرفی بر حسب کیلووات ساعت (kWh) باید توان (P) را به کیلووات و زمان (t) را به ساعت در نظر گرفته شود:

ب) بهای برق مصرفی هر کدام از قرار هر کیلووات ساعت ۵۰ تومان در یک دورهٔ یک ماهه چقدر می‌شود؟

پ) اگر در شهر شما هر خانه یک لامپ ۱۰۰ وات اضافی را به مدت ۳ ساعت در شب روشن کند، در طول یک ماه تقریباً چند کیلووات ساعت انرژی الکتریکی اضافی مصرف می‌شود؟

۲۰ – در شکل زیر،

الف) نیروی محرکهٔ الکتریکی و مقاومت داخلی منبع را که توان خروجی آن به ازای I_۱=۵/۰۰A برابر ۹/۵۰W  و به ازای I_۲=۷/۰۰A برابر ۱۲/۶W است، محاسبه کنید.

ب) نمودار اختلاف پتانسیل دو سر باتری برحسب جریان گذرنده از آن را رسم کنید.

۶-۲ ترکیب مقاومت ها

۲۱- لامپ‌های یک درخت زینتی، به طورمتوالی متصل شده‌اند. اگر یکی از لامپ‌ها بسوزد، چه اتّفاقی می‌افتد؟ پاسخ : سایر لامپ‌ها نیز خاموش می‌شوند

به نظر شما چرا همهٔ چراغ‌های خودرو (چراغ‌های جلو، عقب و …) به طور موازی بسته می‌شوند؟

اگر یکی از لامپ‌ها در حالت موازی خاموش شود یا از مدار جدا شود، سایر لامپ‌ها همچنان روشن خواهند ماند و بخش‌های دیگر مدار همچنان جریان برق خواهند داشت، بنابراین بقیه‌ی لامپ‌ها قابل استفاده هستند.

۲۲- مقاومت یک آمپرسنج برای اندازه گیری جریان در یک مدار باید چگونه باشد تا جریان اندازه گیری شده توسط آمپرسنج با جریان قبل از قرار دادن آمپرسنج، نزدیک به هم باشد؟

برای نمایش صحیح جریانی که از مدار عبور می کند، مقاومت یک آمپرسنج باید بسیار کم باشد.

۲۳- شکل زیر بخشی از یک مدار را نشان می‌دهد. بزرگی جهت جریان I در سیم پایین سمت راست چیست؟

مجموع جریان‌های ورودی به گره‌ها: ۳+۲+۴+۲=۱۱A
مجموع جریان‌های خروجی از گره‌ها: ۲+۱=۳A
چون به گره‌های شکل ۱۱A جریان وارد و ۳A خارج شده است، بنابراین در سیم پایین سمت راست طبق قاعده‌ی انشعاب جریان ۸A خارج می‌شود.

۲۴- در شکل زیر، تعدادی لامپ مشابه به طور موازی به هم متصل شده‌اند و هر لامپ با کلیدی همراه است. بررسی کنید که با بستن کلیدها یکی پس از دیگری، عددهایی که آمپرسنج و ولت سنج نشان می‌دهند، چه تغییری می‌کند؟

به علت اتصال لامپ‌ها به طور موازی، با بسته شدن کلیدها، خروجی مقاومت معادل نسبت به مقاومت اولیه کاهش و جریان در مدار افزایش می‌یابد. در نتیجه، آمپرسنج نشان‌گر عددی بیشتر می‌شود. از سوی دیگر، با قرارگیری ولت‌سنج در مدار به نحوی که اختلاف پتانسیل دو سر باتری را نشان می‌دهد، با افزایش جریان طبق رابطه‌ی V_b−V_a=ε−Ir، ولتاژ دو سر باتری و به تبع آن، عدد ولت‌سنج کاهش می‌یابد.

۲۵- دو لامپ با مقاومت مساوی R را یک بار به طور متوالی و بار دیگر به طور موازی به یکدیگر می‌بندیم و آنها را هر بار به ولتاژ V وصل می‌کنیم. نسبت توان مصرف شده در حالت موازی به توان مصرف شده در حالت متوالی چقدر است؟

۲۶- در ‌شکل‌های زیر، آیا مقاومت‌ها به طور متوالی بسته شده اند یا موازی و یا هیچ کدام؟

پاسخ کوتاه : الف) متوالی – ب) موازی – پ) موازی ت) نه موازی نه سری

پاسخ بلند : مقاومت ها در شکل الف سری بسته شده اند (مقاومت ها پشت سر هم در یک مدار سری متصل شده اند).

مقاومت ها در شکل های ب و پ موازی بسته شده اند (دو سر همه مقاومت ها در دو نقطه a و b موازی به هم متصل شده اند).

شکل ت هیچ یک از مقاومت ها نه به طور سری بسته شده اند و نه موازی.

جواب صفحه ۸۲ فیزیک پایه یازدهم ریاضی

۲۷- در مدار شکل زیر جریان در جهت نشان داده شده ۱/۲A است.

الف) نیروی محرکهٔ ε_۲ و V_A−V_B چقدر است؟

با نوشتن قاعده‌ی حلقه در جهت جریان و با شروع از نقطه‌ی A داریم:

با حرکت از A به B در خلاف جهت جریان داریم:

ب) انرژی مصرف شده در R_۱ و R_۱ در مدت ۵/۰ ثانیه چقدر است؟

۲۸- سه مقاومت مشابه ۱۲ اُهمی را یک بار به طور متوالی و بار دیگر به طور موازی به یکدیگر می‌بندیم و به اختلاف پتانسیل ۱۲ ولت وصل می‌کنیم. در هر بار، چه جریانی از هر مقاومت می‌گذرد؟

۲۹- دو مقاومت موازی ۶/۰ اُهمی و ۱۲ اُهمی به طور متوالی به یک مقاومت ۲/۰ اُهمی وصل شده است. اکنون، مجموعهٔ مقاومت‌ها را به دو سر یک باتری آرمانی ۳۶ ولتی می بندیم. توان مصرفی در مقاومت ۶/۰ اُهمی را محاسبه کنید.

۳۰- در شکل زیر، وقتی کلید بسته شود چه جریانی از هر لامپ رشته‌ای می‌گذرد؟

۳۱- جریانی که از منبع نیروی محرکهٔ آرمانی و هر یک از مقاومت‌های شکل روبه رو می‌گذرد، چقدر است؟

۳۲- لامپ‌های A، B و C در شکل زیر همگی یکسان‌اند. با بستن کلید، کدام یک از تغییرات زیر در اختلاف پتانسیل رخ می‌دهد؟ (ممکن است بیش از یک پاسخ درست باشد).

الف) اختلاف پتانسیل دو سر A و B تغییر نمی‌کند. نادرست
با بستن کلید و اتصال کوتاه لامپ C از مدار حذف می‌شود. جریان الکتریکی افزایش می‌یابد و به مقدار Ɛ/۲R می‌رسد. این باعث می‌شود اختلاف پتانسیل هر کدام از مقاومت‌های مشابه A و B از Ɛ/۳ به Ɛ/۲ افزایش یابد.

ب) اختلاف پتانسیل دو سر C و به اندازهٔ %50%50 کاهش می‌یابد. نادرست
قبل از بستن کلید V_۱C به Ɛ/۳ می‌شود و بعد از بستن کلید V_۲C به ۰ می‌شود، به این معنی که اختلاف پتانسیل C با ۱۰۰ درصد کاهش می‌یابد.

پ) هر یک از اختلاف پتانسیل‌های A و B  به اندازهٔ  %۵۰ افزایش می‌یابد. درست
اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت ها از V_۱A=V_۱B=Ɛ/۳ به V_۲A=V_۲B=Ɛ/2 افزایش ۵۰٪ می‌یابد.

ت) اختلاف پتانسیل دو سر C به صفر کاهش می‌یابد. درست

۳۳- در سیم کشی منازل، همهٔ مصرف کننده‌ها به طور موازی متصل می‌شوند. یک اتوی ۱۱۰۰W، یک نان برشته کن (توستر) ۱۸۰۰W، پنج لامپ رشته‌ای ۱۰۰W و یک بخاری ۱۱۰۰W به پریزهای یک مدار سیم کشی خانگی ۲۲۰V که حداکثر می‌تواند جریان ۱۵A را تحمل کند وصل شده‌اند. آیا این ترکیب مصرف کننده‌ها باعث پریدن فیوز می‌شود یا خیر؟

جریان کل عبوری از فیوز برابر است با جمع جریان‌های عبوری از هر یک از مصرف‌کننده‌ها. با استفاده از رابطه‌ی جریان عبوری از هر یک از مصرف‌کننده‌ها برابر است با:

بنابراین جریان کل عبوری از فیوز برابر است با:

چون فیوز ۱۵A است، بنابراین فیوز خواهد پرید.

مطلب پیشنهادی : جواب تمرین صفحه ۷۴ فیزیک پایه یازدهم ریاضی

⭕️ 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 قبل : جواب تمرین صفحه ۷۶ فیزیک پایه یازدهم ریاضی

✅ به پایان جواب پرسش‌ها و مسئله‌های فصل 2 صفحه 79 و 80 و 81 و 82 فیزیک ۲ 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.