نمونه سوال فیزیک سال سوم فصل الکتریسیته ساکن

1- نیروی الکتریکی چیست؟

نیرویی که دو جسم باردار بر هم وارد میکنند را نیروی الکتریکی مینامند. این نیرو میتواند دافعه یا جاذبه باشد

2-تفاوت نیروی الکتریکی و گرانشی در چیست؟

نیروی الکتریکی بین اجسام باردار ایجاد میشود و دافعه یا جاذبه میتواند باشد    ولی نیروی گرانشی بین دو جرم بدون بار هم ایجاد میشود و فقط از نوع جاذبه است.

3-قانون پایستگی بار الکتریکی را شرح دهید؟

بر اساس این قانون بار الکتریکی اجسام هیچ گاه از بین نرفته و به خودی خود نیز تولید نمیشود ولی میتواند بین اجسام جابجا و منتقل شود در کل مقدار بار الکتریکی موجود در هستی همواره ثابت خواهد بود.

4-نیروی الکتریکی به چه عواملی بستگی دارد؟

مقدار بار های موجود روی دو جسم q         فاصله میان دو جسم باردار

5-قانون کولن را بنویسید؟

این قانون بیان میکند که  :  نیروی ربایشی یا رانشی بین دو ذره باردار که در فاصله مشخصی از هم قرار گرفته اند با حاصل ضرب بارها نسبت مستقیم و بامجذور  فاصله بار ها از هم نسبت عکس دارد.

 F = k  (q₁q₂) / r²

6-قانون سوم نیوتن را در مورد نیروی الکتریکی بیان کنید:

نیروی الکتریکی که ذره اول به ذره دوم وارد میکند با نیرویی که ذره دوم به ذره اول وارد میکند . از نظر اندازه برابر است اما  از لحاظ جهت مخالف همدیگرند و این یعنی همان قانون سوم نیوتن

7-آزمایشی طراحی کنید که وجود نیروی الکتریکی را نشان دهد؟

یک باد کنک را  با پارچه پشمی مالش داده و آنرا توسط نخ آویزان میکنیم. سپس یک میله شیشه ای را توسط پارچه ابریشمی مالش داده و به بادکنک نزدیک میکنیم  مشاهده میشود که بادکنک از حالت عمودی خارج شده و منحرف میشود یعنی با نزدیک کردن میله باردار به بادکنک نیرویی وارد میشود که انرا در جهت خاصی به حرکت در می آورد  این نیرو همان نیروی الکتریکی است. این آزمایش را میتوان با گوی آلمینیومی و میله پلاستیکی هم انجام داد.(آزمایش 1 فصل الکتریسیته ساکن)               

8- آزمایش طراحی کنید که رابطه میان نیروی الکتریکی و اندازه بارها را مشخص کند؟

یک کره باردار را به صورت همزمان به دو آونگ سبک تماس میدهیم و سپس آنرا دور میسازیم. مشاهده میشود که آونگها از هم فاصله گرفته اند یعنی بر هم نیروی دافعه الکتریکی وارد میکنند.

فاصله میان دو آونگ را اندازه گرفته و یادداشت میکنیم

حال کره بدون باری را به کره باردار اولی تماس میدهیم تا مقدار بار کره اول کم و تقسیم شود(اگر کره ها هم اندازه باشند مقدار بار به صورت 50 و 50 تقسیم خواهد شدیعنی نصف مقدار اولیه)

دو آونگ را خنثی کرده ( با اتصال به زمین  یا با تماس دست به انها) سپس گوی اول را که بار کمتری پیدا کرده به دو آونگ تماس میدهیم مشاهده میشود که آونگها  مجددا ازهم دور میشون اما فاصله کمتری نسبت به حالت قبلی خواهند داشت. این یعنی  با کم شدن  مقدار بار اونگها  نیروی الکتریکی میان انها نیز کم خواهد شد.

یعنی نیروی اکتریکی با مقدار بار اونگها نسبت مستقیم دارد.

نکته: اگر تعداد ذرات باردار کنار هم در فضا بیشتر از دو تا باشد  نیروی الکتریکی وارد بر هر ذره  برایند نیروهایی است که هر یک از ذرات دیگر در غیاب سایر ذره ها بر آن ذره وارد میکنند. یعنی ذره مورد نظر را به صورت دو به دو با تک تک ذرات موجود در نظر گرفته نیروی الکتریکی انها را محاسبه کرده سپس با توجه به جهت نیروها برایند میگیریم

9-دو بار الکتریکی همنام را در دو سر یک پاره خط تصور کنید بار سومی را (چه همنام و چه ناهمنام) کجا قرار بدهیم که برایند نیروها الکتریکی وارد بر ان صفر شود؟

چون دو بار همنام هستند باید بار سوم را روی پاره خط و در محلی بین دو بار قرار داد که از بار بزرگتر فاصله بیشتر و از بار کوچکتر فاصله کمتری داشته باشد.در این حالت برایند نیروهای وارد بر بار سوم  صفر خواهد شد.

10-دوبار الکتریکی ناهمنام را در دو سمت یک پاره خط فرض کنید بار سوم را کجا قرار بدهیم تا برا یند نیروهای وارد بر آن صفر شود؟

چون دو بار ناهمنامند باید بار سوم را در امتداد پاره خط و در خارج از پاره خط قرار داد به صورتی که به بار کوچکتر نزدیکتر باشد.

نکته  مهم: برای آنکه را حتتر مسایل نیروهای الکتریکی را حل کنید حتما حتما درس بردارها را در ریاضیات مرور کنید. با اینکار 75درصد مشکلات شما در این زمینه حل خواهد شد.

11-مربعی داریم که در 4 راس آن بار های مساوی و همنام  قرار داده ایم اگر بار پنجمی را در مرکز این مربع قرار بدهیم . برایند نیروهای وارد بر بار پنجم چقدر خواهد بود؟

چون بارهای رئوس برابر و همنامند و فاصله هرکدام از آنها تا بار پنجم نیز مساوی است پس نیروهای وارد بر بار پنجم دو به دو برابر و مخالف الجهت هستند و دو به دو همدیگر را خنثی میکنند. در نتیجه نیروی وارد بر بار پنجم در این حالت صفر خواهد بود

12-اگر  در سوال 12  بارها مساوی نباشند آیا برایند نیروی وارد بر بار پنجم صفر خواهد شد؟

خیر زیرا مقدار نیروها ی اعمال شده متفاوت بوده و همدیگر را خنثی نمیکند مگر در یک حالت خاص( راسهای متقابل و نه مجاور دارای مقادیر برابر باشند).

13- آیا اگر بارهای مساوی و برابر را در 4 راس یک لوزی قرار بدهیم برایند نیروی وارد بر باری که در مرکز لوزی قرار گرفته صفر خواهد شد؟

بله زیرا نیروهایی که بر یک قطر قرار گرفته اند همدیگر را دو به دو خنثی میکنند

14- آیا میتوان با داشتن تنها یک بار الکتریکی مقدار ی برای نیروی الکتریکی بدست اورد؟

خیر  زیرا نیروی الکتریکی از طرف یک جسم بار دار به دیگری وارد میشود و حتما نیاز به دو با ر الکتریکی برای ایجاد نیرو میباشد

15-میدان الکتریکی چیست؟

هر بار الکتریکی در هر نقطه از فضا در اطراف خود خاصیتی ایجاد میکند که به آن میدان الکتریکی میگویند.وجود این میدان عامل اصلی ایجاد نیروی الکتریکی بر بارهای دیگر است.

16-واحد میدان الکتریکی چیست؟

بنا به تعریف کمی میدان الکتریکی برابر است با نیروی الکتریکی وارد بر یکای بار مثبت در نتیجه  واحد آن نیوتن بر کولن خواهد بود    N/C       نیوتن واحد نیرو    و کولن واحد بار الکتریکی است.

17-جهت میدان الکتریکی در هر نقطه از فضا چگونه مشخص میشود؟

بنا به تعریف جهت میدان  در هر نقطه هم جهت با نیروی الکتریکی وارد بر بار مثبت فرضی در همان نقطه است.

18-خطوط میدان الکتریکی یعنی چه؟ ( به سبک برره ای بخوانید)

 میدان الکتریکی اطراف هر بار توسط خطوطی نشان داده میشوند که خطوط میدان نام دارند

19- ویژگیهای خطوط میدان الکتریکی را بیان کنید؟

الف-جهت خطوط میدان با نیروی وارد بر بار مثبت فرضی واقع بر آن  هم جهت است.یعنی جهت این خطها از بار مثبت مانند شعا عهایی به سمت خارج است و برای بار منفی به صورت شعا عهایی به سمت داخل بار است.

ب-بردار میدان الکتریکی بر خط میدان همواره مماس است و جهت خطوط میدان همان جهت بردار میدان الکتریکی است.

پ- هر قسمتی که میدان قویتر باشد خطوط به هم نزدیکتر و فشرده تر خواهند بود  و بالعکس.

ت- هیچ گاه خطوط میدان  همدیگر را قطع نمیکنند یا به بیان هندسی  از هر نقطه فضا فقط و فقط یک خط میدان میگذرد.( یعنی فقط یک مقدار برای میدان الکتریکی در آن نقطه وجود دارد و بس)

20- میدان الکتریکی یکنواخت را تعریف کنید؟

میدان الکتریکی که خطوط آن با هم موازی و هم جهت و بزرگی آن در هر نقطه یکسان باشد را میدان الکتریکی یکنواخت میگوییم.

21- اگر بار الکتریکی q   در میدان الکتریکی قرار بگیرد بر ان نیروی الکتریکی وارد میشود حال با توجه به نوع بار جهت میدان و نیرو الکتریکی را با هم مقایسه کنید؟

اگر بار مثبت باشد  آنگاه نیرو و میدان هم جهت خواهند بود

اگر بار منفی باشد نیرو در خلاف جهت میدان  اعمال خواهد شد.

22-جسم رسانا و جسم نا رسانای الکتریکی را تعریف کنید؟

رسانا : جسمی که بار الکتریکی از آن عبور میکند و دارای الکترونهای ازاد میباشد مثل فلزات

نارسانا: جسمی که بار الکتریکی را عبور نمیدهد و الکترن ازاد ندارد مثل چوب  پلاستیک  شیشه

23- نحوه توزیع بار در اجسام رسانا و نا رسانا را شرح دهید؟

در جسم نارسانا  :   بار الکتریکی اجازه عبور ندارد و در محل خود باقی میماند  بار الکتریک میتواند در سطح داخلی ویا خارجی ان توزیع شود.

در جسم  رسانا  :  بر خلاف نارساناها بارها قابلیت جابجایی دارند و همواره طوری جابجا میشوند که در سطح خارجی (بیرونی) جسم رسانا قرار بگیرند بر این اساس در سطح داخلی جسم رسانا هیچ باری وجود نخواهد داشت.

24-آزمایشی طراحی کنید که  توزیع بار الکتریکی در سطح خارجی رسانا را نشان دهد؟

قوطی  فلزی در بسته سوراخ شده ای را روی پایه عایق قرار داده و آنرا بار دار میکنیم سپس یک مهره فلزی بدون بار را از نخ آویزان کرده و  از سوراخ  قوطی رد کرده ( بدون تماس با لبه سوراخ) و در داخل قوطی آنرا تکان داده تا به سطح داخلی قوطی بر خورد کند سپس آنرا خارج میکنیم و با الکتروسکوپ تماس میدهیم

مشاهده میشود که مهره فلزی همچنان بدون بار است. زیرا سطح داخلی اجسام رسانا بار الکتریکی ندارند.

اگر مهره را با سطح خارجی قوطی تماس بدهیم و مجددا به الکتروسکوپ بزنیم مشاهده میشود که مهره بار دار شده است.یعنی بارها در  سطح خارجی قوطی (جسم رسانا) توزیع میشوند.

25- آیا بارهای الکتریکی مثبت قادر به جابجا شدن در اجسام رسانا هستند؟

خیر  بارهای الکتریکی مثبت یعنی پروتونها جابجا نمیشوند زیرا اگر جابجا شوند یهنی هسته باید از هم بپاشد و یا اتم حرکت کند که در هر صورت ساختار ماده به هم میریزد. پس بارهای مثبت قادر به جابجایی نیستند.

26- با توجه به عدم جابجایی بارهای مثبت  توضیح دهید وقتی به یک رسانا بار الکتریکی مثبت یا منفی داده میشود این بارها چگونه در سطح خارجی آن توزیع و پخش میشوند؟

وقتی جسمی دارای بار الکتریکی منفی میشود یعنی الکترون گرفته است و وقتی دارای بار مثبت میشود یعنی الکترون از دست داده است برای فهم این مطلب میتوانیم گرما و سرما را مثال بزنیم

سرما یعنی نبود گرما یعنی از دست دادن انرژی گرمایی  ولی انرژی سرمایی معنایی ندارد.

توزیع  بار الکتریکی در یک رسانا فقط و فقط بر اساس حرکت الکترونها (بارهای منفی) میباشد. پس وقتی جسم رسانا دارای بار مثبت میشود یهنی در سطح خارجی آن میزان الکترونها کم شده است

و وقتی دارای بار منفی میشود یعنی میزان الکترونها در سطح خارجی آن افزایش یافته است.

27- مولد واندو گراف چیست؟

دستگاهی که بار الکتریکی را در اثر مالش تسمه ها  روی کلاهک خود ایجاد میکند

مولد واندوگراف، دستگاهي است كه مي‌تواند بارها و ولتاژهاي خيلي بالايي را توليد كند.
در اين مولد، يك تسمه لاستيكي كه به سرعت حركت مي‌كند، بارهاي منفي را به داخل يك پوسته فلزي كروي مي‌برد.
اين پوسته بر روي يك پايه عايق نصب شده است تا بار روي آن نتواند منتقل شود.
اگر اين پوسته را باردار كرده و و يك كره متصل به زمين در نزديك آن قرار دهيد، جرقه‌هاي بزرگي مانند جرقه‌هاي كوچك آذرخش (برق آسمان)، در ميان دو كره توليد مي‌شود.
بار الكتريكي منفي بر روي پوسته كروي به اندازه‌اي زياد است كه هوا (كه در حالت عادي عايق است) را براي لحظه‌اي به رسانا تبديل مي‌كند.
جرقه و بار الكتريكي، به طرف كره متصل به زمين (يا اگر شما خيلي نزديك آن باشيد به طرف شما) حركت مي‌كند