فيزيک وآزمايشگاه (1) - (سال اول دبيرستان

به وبلاگ آموزشی تمام دروس دبیرستان خوش آمدید

صفحه نخست
پروفایل مدیر وبلاگ
پست الکترونیک
آرشیو مطالب
عناوین مطالب

فيزيک وآزمايشگاه (1) - (سال اول دبيرستان)

مقدمه:
فصل 1 – انرژي:

اهداف آموزشي درس فيزيك در آزمايشگاه (1):
مي دانيد كه علوم تجربي را مي توان به دو شاخه علوم فيزيكي و علوم زيستي تقسيم كرد.فيزي واژه اي يوناني و در لغت به معناي طبيعت است. بنابراين علم فيزيك، پديده هاي طبيعي را مورد بحث و بررسي قرار داده و در پي كشف راز و رمز اين پديده هاست. در اين شاخه از دانش بشر مي كوشد علت بروز هر پديده را دريابد و به كمك آن رفتار طبيعت را قانونمند ببيند كه در نتيجه از يك طرف رفتارهاي آينده طبيعت را پيش بيني مي كند و از طرف ديگر در فناوري و صنعت با ساخت ابزارها و ماشين ها ، زندگي را راحت تر و ايمن تر خواهد كرد.
علوم فيزيكي به مطالعه و بررسي پديده هاي مربوط به ماده و انرژي و رابطه ي آن ها با يكديگر مي پردازد و علوم زيستي همين پديده ها را در دنياي زنده مورد بررسي قرار مي دهد. در علوم فيزيكي، مفهوم ها بيشتر شامل موضوع هايي از فيزيك و شيمي است.

شما در اين درس با مباحثي چون :
1- ماهيت انرژي انواع آن ، منابع و بهينه سازي مصرف انرژي
2- دما و گرما، تعادل گرمايي
3- الكتريسته ، جسم رسانا و نارسانا، مولد، مقاومت الكتريكي، توان الكتريكي و بهاي انرژي الكتريكي
4- بازتاب نور، انتشار نور ، كانون آينه مقعر، محاسبه فاصله تصوير تا آينه ي مقعر
5- شكست نور ، زاويه ي حد ، ويژگي هاي عدسيهاي همگرا، محاسبه ي فاصله ي تصوير تا عدسي و ... آشنا مي شويد.

درس فيزيك 1 و آزمايشگاه جزء دروس عمومي متوسطه است بنابراين سعي شده است كه مبحث هايي از فيزيك كه يك شهروند به آن نياز بيشتري دارد انتخاب آورده شود. در واقع سعي شده است بخشهايي انتخاب شود كه دانش آموز را به تفكر وا دارد و با بررسي مسائل راه وروش حل آنها را كشف كند.

فصل 1 – انرژي:

هنگامي كه به اطراف خود نگاه مي كنيم، با پديده هاي مختلفي مواجه مي شويم و سؤال هاي زيادي براي ما مطرح مي شود. با استفاده از علم فيزيك مي توان به اين پرسشها پاسخ داد. امروزه فيزدانان به بررسي و مطالعه پديده ها، از ذره هاي خيلي ريزي همچون اجزاي تشكيل دهنده اتم ها گرفته تا اجسام بسيار بزرگي همچون ستارگان و كهكشان ها مي پردازند. شكل هاي (1-1 تا 1-8) نمونه اي از نتايج پژوهش هاي گسترده فيزيك دانان را نشان مي دهد كه موجب دگرگوني بينش ما نسبت به جهان شده است.

تعريف انرژي:
قابليت انجام كار يا ظرفيت انجام كار در يك جسم يا ماده انرژي آن جسم مي گويند.
منبع انرژي زمين نور خورشيد است. مقدار زيادي از انرژي مورد نياز زمين از نور خورشيد تأمين مي شود. اين انرژي لازم است به صورت هاي قابل استفاده در آيد.

انرژي و شما :
بدن يك نوجوان روزانه به طور متوسط 12000 كيلوژول انرژي لازم دارد.
انرژي ذخيره شده در مواد غذايي با تغييرات شيميايي در آنها آزاد مي شود. با خوردن مواد غذايي و هضم آن ها در مواد غذايي تغييرات شيميايي رخ مي دهد و انرژي آنها آزاد مي شود.
انرژي مواد غذايي را با يكاي كيلوژول بر گرم KJ/g بيان مي كنند.
قابليت انجام كار به لحاظ انرژي كه در مواد شيميايي مختلف وجود دارد و انرژي شيميايي مي گويند.
بنزين و مواد سوختني انرژي را در پيوندهاي شيميايي خود ذخيره كرده اند.
انرژي مورد نياز بدن ما از طريق انرژي شيميايي مواد غذايي تأمين مي شود.
جدول زير انرژي شيميايي موجود در غذاها و سوخت هاي معمولي را بر حسب (kJ/g) نشان مي دهد.

آهنگ مصرف انرژي :
مقدار انرژي است كه در يك زمان معين مصرف مي شود، به طور به هنگام خوابيدن در هر دقيقه 5 كيلو ژول انرژي مصرف مي شود.آهنگ مصرف انرژي را توان مصرف انرژي نيز مي نامند.

تمرين 1 :
الف) در ده دقيقه دوچرخه سواري با سرعت 21km/h چه مقدار انرژي مصرف مي شود؟
با جدول (1-2) آهنگ مصرف انرژي براي دو چرخه سواري با سرعت 21km/h برابر 42kJ/min تعيين شده است كه در اين صورت انرژي مصرف شده در ده دقيقه به صورت زير بدست مي آيد.

E=42×10=420khJ

يعني در ده دقيقه دوچرخه سواري 420 كيلوژول انرژي مصرف مي شود.

ب ) اگر بازده بدن شخص 15 درصد باشد، با خوردن چه مقدار شير اين انرژي براي او فراهم مي شود؟
انرژي شيميايي موجود در شير 217kj/g مي باشد.

E=42kj

E / E₀ = 15/100 => 420 / E₀ = 15 / 100 => E ₀ = 2800 KJ

براي انجام اين ورزش لازم است ورزشكار 2800kJ انرژي از شير بگيرد، پس :

m = E ₀ / 2/7 = 2800 / 2/7 = 1037 gr => m = 1/037 kg

ورزشكار بايد 037/1 كيلوگرم شير بخورد تا بتواند انرژي ده دقيقه دوچرخه سواري را از شير كسب كند.

1-2 – انرژي جنبشي :
انرژي يك جسم متحرك را انرژي جنبشي مي گويند. اين انرژي با جسم متناسب و با مجذور سرعت جسم نيز متناسب است و از رابطه ي زير محاسبه مي شود:

در اين رابطه k= 1/2 m v²
M جرم جسم بر حسب كيلوگرم (kg)

V سرعت جسم بر حسب متر بر ثانيه( K(m/s ، انرژي جنبشي جسم بر حسب ژول (J) براي تبديل يكاي Km/h به متر بر ثانيه و بالعكس به صورت زير عمل مي كنيم .

Km/h × /13/6 m/s
m/s × /13/6 km/h

نكته :‌انرژي جنبشي يك جسم با جرم جسم و مجذور سرعت آن نسبت مستقيم دارد. اگر جرم جسم دو برابر شود . انرژي جنبشي دو برابر و اگر سرعت جسم دو برابر شود، انرژي جنبشي آن چهار برابر مي شود.

تمرين 2 :
گلوله اي به جرم 100g و انرژي جنبشي 20j با سرعت ثابت در حال حركت است. سرعت اين گلوله چقدر است ؟
ابتدا جرم را به كيلوگرم تبديل مي كنيم

1-3- انرژي دروني :
به مجموع انرژيهاي جنبشي و پتانسيل ذرات يك ماده انرژي دروني آن جسم گويند. هر گاه به ماده گرما بدهيم. انرژي دروني آن افزايش مي يابد در اثر مالش دو سطح بر روي يكديگر مقداري انرژي به انرژي دروني دو جسم تبديل مي شود كه به آن اصطلاحاً اصطكاك مي گويند. در واقع انرژي حاصل از اصطكاك كه به صورت گرما در مي آيد تلف نشده و فقط انرژي مكانيكي به انرژي دروني تبديل شده است.

تمرين 3 :

اتومبيلي به جرم 1000kg با سرعت

20m/s

(72km/h)

در حال حركت است.

اگر اتومبيل ترمز كند و متوقف شود. چه مقدار انرژي به انرژي دروني جاده و لاستيك ها تبديل مي شود؟
وقتي اتومبيلي ترمز مي كند، تمام انرژي جنبشي اتومبيل به انرژي دروني جاده و لاستيك ها تبديل مي شود، يعني تغيير انرژي جنبشي اتومبيل برابر افزايش انرژي دروني جاده و لاستيك ها مي باشد.

Q = -∆K = -(K₂ - K₂)

K₁ = 1/2 mv² = 1/2 * 1000 * 20² = 200000 J

K₂ = 0

Q = -(0-200000) = 200000 J

دانلود سوالات کیفیت بخشی از طرف وزارت آموزش و پرورش

سوالات کیفیت بخشی سال اول دبیرستان
تمام دانش آموزان موظف به رعایت موارد زیر می باشند:
1. دانلود سوالات و چاپ آن
2.سوالات دانلود شده هر درس را پاسخ داده و تاریخ هفتم تا دوازدهم هر ماه پاسخ خود را به دبیر مربوطه ارائه کنند.
3.سوالات در هر ماه تغییر خواهد کرد.
توجه: برای مشاهده سوالات از برنامه آکروبات ریدر استفاده کنید.

دانلود سوالات با نام sma1

فيزيک وآزمايشگاه (1) - (سال اول دبيرستان)

قانون پايستگي انرژي , انرژي پتانسيل گرانشي و منابع انرژي و...

1-4 – قانون پايستگي انرژي :
انرژي يك جسم هيچ گاه از بين نمي رود و خود به خود نيز بوجود نمي آيد و همواره پايسته (ثابت) مي ماند، مگر اينكه مقداري از آن را به جسم ديگري بدهد و يا اينكه از جسم ديگر انرژي دريافت كند.
در حالي كه انرژي پايسته مي ماند، ممكن است از يك نوع به نوع ديگر تبديل شود.

تمرين 4:
در مثال 3، اگر در اثر ضربه، 5 ژول انرژي به توپ منتقل شود و جرم توپ 5/0 كيلوگرم باشد، سرعت آن چقدر مي شود؟
انرژي منتقل شده به توپ برابر انرژي جنبشي توپ در لحظه اي شروع حركت است ، پس :

1-5- انرژي پتانسيل گرانشي :
هر گاه جسمي به جرم m را به ارتفاع h از سطح زمين بالا ببريم، كاري كه روي جسم انجام مي دهيم به صورت انرژي پتانسيل درآن ذخيره مي شود و اگر جسم به سطح اوليه خود باز گردد، همين مقدار كار را پس مي دهد. اين انرژي پتانسيل گرانشي گويند و از رابطه ي زير محاسبه مي گردد.

u=mgh

در رابطه بالا

M جرم جسم بر حسب كيلوگرم g شتاب گرانشي زمين كه برابر

9/8 /s²

است .

H ارتفاع از سطح زمين بر حسب متر v انرژي پتانسيل گرانشي جسم بر حسب ژول

در رابطه فوق g شتاب گرانشي زمين است

كه تقريباً در تمام نقاط و سطح زمين مقدار ثابت

9/8 m/s²

است.

را دارد كه تقريباً برابر

10 m /s²

درنظر گرفته مي شود. مقدار g در ارتفاع هاي بسيار زياد تغيير مي كند.

مثال :‌انرژي پتانسيل توپي به جرم 5/0 کیلوگرم كه در ارتفاع 2 متري سطح زمين قرار دارد چقدر است؟

به عهده دانش آموز

تمرين 5
جرمي به جسم 200 گرم را با سرعت 10m/s در راستاي قائم به طرف بالا پرتاب مي كنيم. با ناديده گرفتن اتلاف انرژي،
الف : انرژي جنبشي آن در لحظه ي پرتاب چقدر است؟

ب) جسم تاچه ارتفاعي بالا مي رود؟
اگر از مقاومت هوا صرف نظر شود در هر لحظه انرژي جنبشي به انرژي پتانسيل تبديل مي گردد و در نقطه اي اوج كه جسم براي يك لحظه ساكن مي شود و تمام انرژي جنبشي به انرژي پتانسيل تبديل شده است پس مي توان نوشت :

V ₁= 0

K₁= 1/2 m V₀

يعني جسم تا ارتفاع 5 متر بالا مي رود.

پ ) سرعت توپ در نيمه ي راه چقدر است؟
اگر انرژي پتانسيل و انرژي جنبشي گلوله در نيمه راه k₃,v₃ باشد، مي توان نوشت :

V₂ = V₃ + K₃

mgh = mg(h/2) + 1/2 m V²₃

0/2×10 × 5×= 0/2×10× 2/5 + 1/2 ×0/2 × V²₃=> V₃ = 5√2 m/s

در تعيين انرژي پتانسيل گرانشي يك جسم انتخاب سطح پتانسيل صفر بسيار مهم است. اگر سطح زمين را پتانسيل صفر در نظر بگيريم، هر جسمي كه بالاتر از سطح زمين است داراي انرژي پتانسيل مثبت و هر جسمي كه پائين تر از سطح زمين است داراي پتانسيل منفي است.

1-6 – انرژي پتانسيل كشساني

در شكل بالا گلوله با سرعت V به فنر افقي برخورد كرده و آن را فشرده مي كند. در اين حركت انرژي جنبشي گلوله به فنر منتقل شده و در آن به صورت انرژي پتانسيل كشساني ذخيره مي شود پس از اينكه گلوله متوقف شد. انرژي پتانسيل كشساني فنر باعث مي شود گلوله اين بار بر خلاف جهت قبلي شروع به حركت كند و انرژي پتانسيل كشساني فنر به انرژي جنبشي در گلوله تبديل مي گردد. اگر از اصطكاك صرف نظر شود، بر اساس قانون پايستگي انرژي، سرعت جدا شدن گلوله از فنر برابر سرعت برخورد گلوله با فنر خواهد بود.

انرژي پتانسيل ذخيره شده در فنر را انرژي پتانسيل كشساني مي گويند.

1-8- منابع انرژي :
منابع انرژي به دو دسته تجديد پذير و تجديد ناپذير تقسيم مي شوند. انرژيهاي تجديد ناپذير فقط يكبار قابليت مصرف دارند، اما انرژيهاي تجديد پذير تمام نمي شوند. برخي از اين منابع عبارتند از :
الف – انرژي خورشيدي، باد، امواج دريا، انرژي هيدروالكتريك (برق آبي)، انرژي زمين گرمايي، سوخت هاي گياهي (بيومس)

الف – منابع انرژيهاي تجديد ناپذير
اين انرژيها فقط يكبار قابليت مصرف دارند.
منابع انرژي محدود است و پس از مدتي تمام مي شود
سوخت هاي فسيلي و سوخت هاي هسته اي از منابع انرژي تجديد ناپذير هستند

سوخت هاي فسيلي ( منابع انرژي تجديد ناپذير) :

1.سوخت هاي فسيلي چگونه تشكيل مي شوند؟ به چه كاربردي در صنايع پالايش دارند؟
جواب : تنه هاي پوسيده درختان و باقي مانده ي جانوران در زير گل و لاي در طي ميليون ها سال تحت فشار و دماي مناسب به زغال سنگ نفت و گاز تبديل مي شوند كه به آنها سوخت هاي فسيلي مي گويند.
با استفاده از سوخت هاي فسيلي هزاران ماده چون قطران، بنزين، نفت سفيد، نفت ، گاز ، روغن موتور، رنگ ، كود شيميايي، دارو، پلاستيك و حتي غذا در صنايع پالايش و پتروشيمي بدست مي آيد.

2 – سوخت هسته اي چيست و چگونه از آن استفاده مي شود؟
جواب :

الف) هسته اتمهاي سنگين مانند اورانيوم و توريسم مي توانند با واكنش شكافت هسته اي انرژي زيادي را آزاد كنند. به اين مواد سوخت هسته اي مي گويند.

ب ) در واكنش شكافت هسته اي، هسته ي اتم سنگين بر اثر واكنش با نوترون به دو هسته ي سبك تر شكافته مي شود و گرماي زياد آزاد مي شود. اين واكنش معمولاً در راكتور هسته اي انجام مي شود.

3 – راكتور هسته اي چيست؟
كوره اي كه سوخت آن ماده ي شكافت پذير است مانند اورانيوم

4 – استفاده از سوخت هاي هسته اي چه مشكلاتي دارد؟

جواب
الف. مقدار عناصر شكافت پذير محدود و تمام شدني است.
ب : بهره برداري از راكتورهاي هسته اي مشكل و پرهزينه مي باشد.
پ : سوخت هاي هسته اي (هسته ي اتم هاي شكافت پذير) پرتو او بسيار خطرناك است.
ت: محصولات حاصل از شكافت شديداً پرتوزا نگهداري و دفن آنها از نظر زيست محيطي بسيار مشكل و پرهزينه است.
ث: حوادث راكتورها خطرناك است و در صورت وقوع محيط زيست آلوده مي شود.