التقويم 1-3 - كتاب علوم الأرض و الفضاء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 1: 1. قارن بين الطيف المستمر وطيف الانبعاث.

الإجابة: الطيف المستمر: يظهر ألواناً متصلة دون فجوات (جسم حار). طيف الانبعاث: خطوط مضيئة منفصلة (غاز ساخن).

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لنفهم هذا السؤال، علينا أولاً أن نعرف أن الطيف الضوئي هو توزيع ألوان الضوء أو أطواله الموجية. هناك نوعان رئيسيان: **الطيف المستمر:** يظهر عندما يصدر الضوء من جسم صلب أو سائل ساخن (مثل فتيلة المصباح المتوهج أو الشمس). في هذا الطيف، نرى جميع الألوان متصلة مع بعضها دون انقطاع، أي لا توجد فجوات أو خطوط سوداء بين الألوان. السبب في ذلك هو أن الجسم الساخن يصدر ضوءاً في جميع الأطوال الموجية تقريباً. **طيف الانبعاث:** يظهر عندما يصدر الضوء من غاز ساخن أو بخار عنصر (مثل غاز النيون في اللوحات الإعلانية). في هذا الطيف، نرى خطوطاً مضيئة ملونة ومنفصلة على خلفية سوداء. كل خط يمثل طولاً موجياً محدداً ينبعث من الذرات المثارة في ذلك الغاز. كل عنصر كيميائي له طيف انبعاث فريد يميزه. إذن، الفرق الرئيسي هو أن الطيف المستمر ألوانه متصلة ويصدر من أجسام صلبة أو سائلة ساخنة، بينما طيف الانبعاث يتكون من خطوط منفصلة ويصدر من غازات ساخنة.

سؤال 2: 2. ما أهمية المطياف الضوئي، وهل يقتصر استخدامه على التطبيقات الفلكية فقط؟

الإجابة: المطياف يحلل الضوء لتحديد التركيب الكيميائي والخواص ورصده ويكشف ظواهر لا تُرى بصرياً ويعطي معلومات أوسع. لا يقتصر استخدامه على الفلك والصناعة.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** المطياف الضوئي هو جهاز مهم جداً في العلوم. فكرته الأساسية هي تحليل الضوء إلى ألوانه المكونة (أي إلى طيفه). **أهميته تكمن في عدة نقاط:** 1. **التعرف على العناصر:** من خلال تحليل طيف الضوء المنبعث من مصدر ما (مثل نجم أو لهب)، يمكننا تحديد العناصر الكيميائية الموجودة في ذلك المصدر. كل عنصر له "بصمة" طيفية فريدة. 2. **دراسة الخواص الفيزيائية:** يمكن من خلال الطيف معرفة درجة حرارة الجسم الباعث للضوء، وسرعته، وكثافته، والمجال المغناطيسي حوله. 3. **رصد ما لا يُرى بالعين:** بعض الأجرام أو الظواهر الفلكية تبعث ضوءاً خافتاً جداً أو في أطوال موجية لا تراها العين البشرية (مثل الأشعة تحت الحمراء)، والمطياف يساعد في تحليل هذا الضوء. **أما عن مجال استخدامه، فهو لا يقتصر على الفلك أبداً.** نستخدم المطياف في مجالات عديدة مثل: - **الكيمياء التحليلية:** لتحليل عينات في المختبرات. - **الصناعة:** لمراقبة جودة المواد والمنتجات. - **الطب:** في بعض أجهزة التحاليل الطبية. - **الشرطة العلمية:** لتحليل آثار في مسرح الجريمة. إذن، المطياف أداة أساسية لفهم تركيب وطبيعة المواد من خلال الضوء الذي تبعثه أو تمتصه، واستخداماته تتجاوز الفلك إلى مجالات حياتية وعلمية واسعة.

سؤال 3: 3. ما الذي حفز الفلكيين إلى دراسة الموجات الكهرومغناطيسية وعدم الاكتفاء بالرصد البصري للأجرام السماوية؟

الإجابة: لأن الأجرام تشع في كامل الطيف الكهرومغناطيسي، ورصده يكشف ظواهر لا تُرى بصرياً ويعطي معلومات أوسع.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لطالما اعتمد الفلكيون على الرصد البصري (ما تراه أعيننا أو التلسكوبات البصرية)، لكن هذا الرصد له قيود كبيرة. **الفكرة الأساسية هي:** الأجرام السماوية (مثل النجوم والثقوب السوداء والمجرات) لا تشع الضوء المرئي فقط. بل تشع طاقة عبر **كامل الطيف الكهرومغناطيسي**، الذي يشمل بالإضافة إلى الضوء المرئي: موجات الراديو، والأشعة تحت الحمراء، والأشعة فوق البنفسجية، والأشعة السينية، وأشعة غاما. **لذلك، كان الدافع لدراسة كل هذه الموجات:** 1. **كشف ظواهر مخفية:** العديد من الظواهر الفلكية المهمة لا تُرى أو تكون خافتة جداً في الضوء المرئي، لكنها تبعث إشعاعاً قوياً في أطوال موجية أخرى. مثلاً، السحب الباردة بين النجوم تظهر بوضوح في موجات الراديو، والنجوم حديثة الولادة تحيط بها غبار كثيف يخفيها بصرياً لكننا نراها في الأشعة تحت الحمراء. 2. **الحصول على معلومات أوسع وأشمل:** كل نطاق من الطيف الكهرومغناطيسي يحمل معلومات مختلفة عن الجرم. دراسة الضوء المرئي تخبرنا عن سطح النجم ودرجة حرارته الظاهرة، بينما دراسة الأشعة السينية قد تخبرنا عن انفجارات عنيفة أو وجود ثقب أسود. بجمع المعلومات من جميع الأطياف، نبني صورة كاملة ومفصلة عن الكون. إذن، الانتقال من الرصد البصري فقط إلى دراسة الطيف الكهرومغناطيسي كاملاً كان ضرورياً لفهم أعمق وأشمل للكون ولرصد ظواهر كانت مخفية تماماً عن أعيننا.

سؤال 4: 4. أوجد طاقة فوتون لموجة راديوية ترددها 100 كيلوهرتز.

الإجابة: E = hf = $(6.63 \times 10^{-34}) (1.0 \times 10^5) = 6.63 \times 10^{-29}$ J

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - تردد الموجة الراديوية: f = 100 كيلوهرتز (kHz) - ثابت بلانك: h = 6.63 × 10⁻³⁴ جول.ثانية (J.s) (وهو ثابت فيزيائي معروف) نحتاج أولاً لتحويل التردد إلى الوحدة الأساسية (الهرتز): 1 كيلوهرتز = 1000 هرتز = 10³ هرتز إذن: f = 100 × 10³ هرتز = 1.0 × 10⁵ هرتز (Hz)
2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم قانون بلانك لحساب طاقة الفوتون: $$E = h \times f$$ حيث: E = طاقة الفوتون (بالجول) h = ثابت بلانك f = تردد الموجة (بالهرتز)
3. **الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض المباشر في القانون: $$E = (6.63 \times 10^{-34}) \times (1.0 \times 10^{5})$$ نضرب العددين: - نضرب الأعداد: 6.63 × 1.0 = 6.63 - نجمع أسس العشرة: 10⁻³⁴ × 10⁵ = 10⁽⁻³⁴⁺⁵⁾ = 10⁻²⁹ إذن: $$E = 6.63 \times 10^{-29}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن طاقة فوتون الموجة الراديوية = **6.63 × 10⁻²⁹ جول**

ما أهمية المطياف الضوئي في علم الفلك؟

الإجابة: يستخدم جهاز المطياف في تحليل أشعة النجم الذي نرصده، مما يمكن الفلكيين من دراسة التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية للأجرام السماوية.

الشرح: المطياف يفصل الضوء القادم من النجم إلى أطوال موجية مكونة طيفه، والذي يحمل معلومات عن العناصر المكونة للنجم وحركته ودرجة حرارته.

تلميح: تذكر أن المطياف يحلل الضوء إلى مكوناته.

التصنيف: سؤال اختبار | المستوى: متوسط

ما سبب تنوع ألوان الشهب عند دخولها الغلاف الجوي للأرض؟

الإجابة: يحدث تنوع الألوان بسبب احتكاك الشهب بجزيئات الهواء مما يبعثر طبقاتها الخارجية ويخلق بخارًا من ذرات مختلفة، حيث تعطي كل ذرة لونًا مميزًا عند تأينها أو تفاعلها.

الشرح: تختلف ألوان الشهب بناءً على العناصر الكيميائية التي تتبخر من سطحها نتيجة الاحتكاك مع الغلاف الجوي، حيث لكل عنصر طيف انبعاث مميز.

تلميح: فكر في العناصر الكيميائية التي تنتج عن الاحتكاك وكيف ترتبط بانبعاث الضوء.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما اللون الذي يعطيه كل من: ذرات الصوديوم، ذرات الحديد، وذرات المغنيسيوم في أطياف الشهب؟

الإجابة: ذرات الصوديوم تعطي ضوءًا برتقاليًا - أصفر، وذرات الحديد تعطي ضوءًا مزرقًا، وذرات المغنيسيوم تعطي ضوءًا أزرق - أخضر.

الشرح: كل عنصر كيميائي له ترددات مميزة (أطوال موجية) ينبعث منها الضوء عند تسخينه أو تأينه، مما ينتج ألوانًا محددة يمكن رصدها.

تلميح: تذكر أن الألوان ترتبط بتأين العناصر المعدنية في الغلاف الجوي.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: سهل

ما العناصر أو الجزيئات التي تعطي الألوان الحمراء والبنفسجية في أطياف الشهب؟

الإجابة: ذرات الكالسيوم المتأين قد تضيف لونًا بنفسجيًا، بينما تعطي جزيئات النيتروجين الجوي وذرات الأوكسجين ضوءًا أحمر.

الشرح: الألوان الحمراء والبنفسجية ناتجة عن تفاعلات مع مكونات الغلاف الجوي (الأكسجين والنيتروجين) وعناصر متأينة مثل الكالسيوم.

تلميح: ركز على الغازات الجوية والعناصر المتأينة المذكورة في النص.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: سهل

كيف يمكن التعرف على المركبات والعناصر الموجودة في أطياف النجوم؟

الإجابة: يمكن التعرف عليها من خلال معرفة سلاسل الطيف التي تصدر من مستويات الطاقة المختلفة ومن الذرات المختلفة.

الشرح: لكل عنصر أو مركب بصمة طيفية فريدة (خطوط انبعاث أو امتصاص) تنتج عن انتقالات الإلكترونات بين مستويات الطاقة، مما يسمح بتحديد الهوية الكيميائية.

تلميح: فكر في العلاقة بين التركيب الذري والطيف المنبعث.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط