الكتابة في الفيزياء

📚 معلومات الصفحة

الكتاب: كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 | المادة: الفيزياء | المرحلة: الصف 12 | الفصل الدراسي: 2

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

📋 المحتوى المنظم

📖 محتوى تعليمي مفصّل

نوع: محتوى تعليمي

الكتابة في الفيزياء

70

نوع: QUESTION_HOMEWORK

اكتب بحثاً عن تاريخ تطور ناتج الذرة، واصفاً كل نموذج باختصار، ومحدداً أوجه القوة والضعف فيه.

71

نوع: QUESTION_HOMEWORK

بعث مؤشر ليزر أخضر ضوؤه طوله الموجي 532 nm. اكتب بحثاً في نوع الليزر الذي استخدم في هذا النوع من المؤشرات، وصف طريقة عمله، وحدد ما إذا كان الليزر على شكل نبضات أم مستمراً.

مراجعة تراكمية

نوع: محتوى تعليمي

مراجعة تراكمية

72

نوع: QUESTION_HOMEWORK

فكر في التعديلات التي يحتاج إليها تومسون ليجعل أنبوبه يسارع بروتونات بالإضافة إلى الإلكترونات، ثم أجب عن الأسئلة التالية:

73

نوع: QUESTION_HOMEWORK

جهد الإيقاف اللازم لاستعادة جميع الإلكترونات المنبعثة من فلز V 7.3. ما مقدار الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات بوحدة الجول؟

📄 النص الكامل للصفحة

--- SECTION: الكتابة في الفيزياء ---
الكتابة في الفيزياء

--- SECTION: 70 ---
اكتب بحثاً عن تاريخ تطور ناتج الذرة، واصفاً كل نموذج باختصار، ومحدداً أوجه القوة والضعف فيه.

--- SECTION: 71 ---
بعث مؤشر ليزر أخضر ضوؤه طوله الموجي 532 nm. اكتب بحثاً في نوع الليزر الذي استخدم في هذا النوع من المؤشرات، وصف طريقة عمله، وحدد ما إذا كان الليزر على شكل نبضات أم مستمراً.

--- SECTION: مراجعة تراكمية ---
مراجعة تراكمية

--- SECTION: 72 ---
فكر في التعديلات التي يحتاج إليها تومسون ليجعل أنبوبه يسارع بروتونات بالإضافة إلى الإلكترونات، ثم أجب عن الأسئلة التالية:
a. لتحديد جسيمات لها السرعة نفسها، هل ستتغير النسبة E/B؟ فسر ذلك.
b. للمحافظة على الانحراف نفسه الذي يسببه المجال المغناطيسي، هل يجب أن يكون المجال المغناطيسي أكبر أم أقل؟ فسر ذلك.

--- SECTION: 73 ---
جهد الإيقاف اللازم لاستعادة جميع الإلكترونات المنبعثة من فلز V 7.3. ما مقدار الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات بوحدة الجول؟

✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

عدد الأسئلة: 6

سؤال 70: 70. اكتب بحثاً عن تاريخ تطور نماذج الذرة، واصفاً كل نموذج باختصار، ومحدداً أوجه القوة والضعف فيه.

الإجابة: س70: دالتون: كرة صلبة (لا يفسر الذرة). طومسون: اكتشف الإلكترون (فشل في النواة). رذرفورد: اكتشف النواة (فشل في الاستقرار). بور: مدارات طاقة (نجح للهيدروجين). الكمي: سحابة إلكترونية (النموذج الشامل).

خطوات الحل:

**الخطوة 1 (المفهوم الأساسي):** تطورت نماذج الذرة عبر التاريخ مع الاكتشافات العلمية المتتالية، حيث حاول كل نموذج تفسير سلوك الذرة وتركيبها بشكل أفضل من سابقه، مع تحديد نقاط القوة والضعف في كل منها.
**الخطوة 2 (تطور النماذج ووصفها):** - **نموذج دالتون:** اعتبر الذرة كرة مصمتة وغير قابلة للتجزئة. كان أول نموذج علمي للذرة (قوة)، لكنه لم يفسر وجود الجسيمات دون الذرية (ضعف). - **نموذج طومسون (نموذج فطيرة الزبيب):** بعد اكتشاف الإلكترون، افترض أن الذرة كرة موجبة الشحنة تتوزع فيها الإلكترونات السالبة كأنها زبيب في فطيرة. اكتشف الإلكترون (قوة)، لكنه فشل في تفسير وجود النواة وتوزيع الشحنات الموجبة بشكل صحيح (ضعف). - **نموذج رذرفورد (النموذج النووي):** اكتشف النواة الموجبة المركزية وأن الإلكترونات تدور حولها في فراغ كبير. اكتشاف النواة وتركيز الكتلة والشحنة الموجبة فيها (قوة)، لكنه لم يفسر استقرار الذرة (لماذا لا تسقط الإلكترونات في النواة؟) ولم يفسر أطياف الانبعاث الذرية (ضعف). - **نموذج بور:** افترض أن الإلكترونات تدور في مدارات محددة ومستويات طاقة كمية حول النواة. نجح في تفسير طيف ذرة الهيدروجين واستقرارها (قوة)، لكنه فشل في تفسير أطياف الذرات الأكثر تعقيدًا وظاهرة زيمان (ضعف). - **النموذج الكمي (السحابة الإلكترونية):** يعتمد على ميكانيكا الكم، حيث لا يمكن تحديد موقع الإلكترون بدقة، بل يوجد في منطقة احتمالية (سحابة إلكترونية). هو النموذج الأكثر شمولية ودقة، ويفسر سلوك الذرات المعقدة والظواهر الكيميائية (قوة)، لكنه أكثر تعقيدًا ويتطلب فهمًا عميقًا لميكانيكا الكم (ضعف).
**الخطوة 3 (النتيجة):** إذن، تطورت نماذج الذرة من تصور بسيط ككرة مصمتة إلى نموذج كمي معقد يصف الإلكترونات كسحابة احتمالية، مع كل نموذج يضيف فهمًا جديدًا ويتغلب على قصور النموذج السابق.

سؤال 71: 71. بعث مؤشر ليزر أخضر ضوؤه طوله الموجي 532 nm. اكتب بحثاً في نوع الليزر الذي استخدم في هذا النوع من المؤشرات، وصف طريقة عمله، وحدد ما إذا كان الليزر على شكل نبضات أم مستمراً.

الإجابة: س71: النوع: ليزر صلب (DPSS) مع مضاعفة تردد. العمل: صمام يضخ بلورة لتنتج 1064nm، ثم بلورة KTP تحوله لـ 532nm. النمط: مستمر (CW).

خطوات الحل:

**الخطوة 1 (تحديد نوع الليزر):** عندما نتحدث عن ليزر أخضر بطول موجي 532 nm، فإن النوع الشائع المستخدم في مؤشرات الليزر هو **ليزر الحالة الصلبة المضخ ضوئيًا (DPSS - Diode-Pumped Solid-State Laser)** مع تقنية مضاعفة التردد.
**الخطوة 2 (وصف طريقة عمله):** يعمل هذا الليزر على مرحلتين: - أولاً، يتم استخدام صمام ليزر (دايود ليزر) لضخ بلورة من مادة معينة (مثل Nd:YVO4 أو Nd:YAG) لإنتاج ضوء ليزر بالأشعة تحت الحمراء بطول موجي أطول (عادة 1064 nm). - ثانياً، يمر هذا الضوء عبر بلورة غير خطية (مثل KTP - Potassium Titanyl Phosphate) تقوم بتحويل جزء من طاقة الفوتونات ذات الطول الموجي 1064 nm إلى فوتونات ذات نصف الطول الموجي، أي 532 nm، وهو اللون الأخضر المرئي. هذه العملية تسمى مضاعفة التردد.
**الخطوة 3 (نمط الليزر):** بشكل عام، مؤشرات الليزر الخضراء الشائعة تنتج ضوءًا **مستمرًا (Continuous Wave - CW)**، أي أن الليزر يعمل بشكل متواصل طالما كان مضغوطًا على الزر، وليس على شكل نبضات متقطعة. إذن، نوع الليزر هو **ليزر الحالة الصلبة المضخ ضوئيًا (DPSS) مع مضاعفة التردد**، ويعمل بنمط **مستمر**.

سؤال س72: التعديل: 72. فكر في التعديلات التي يحتاج إليها تومسون ليجعل أنبوبه يسارع بروتونات بالإضافة إلى الإلكترونات، ثم أجب عن الأسئلة التالية: a. لتحديد جسيمات لها السرعة نفسها، هل ستتغير النسبة E/B؟ فسر ذلك. b. للمحافظة على الانحراف نفسه الذي يسببه المجال المغناطيسي، هل يجب أن يكون المجال المغناطيسي أكبر أم أقل؟ فسر ذلك.

الإجابة: س72: التعديل: عكس قطبية الجهد لأن البروتون موجب، وتوفير مصدر أيونات.

خطوات الحل:

**الخطوة 1 (فهم تجربة تومسون الأصلية):** في تجربة تومسون الأصلية، تم تسريع الإلكترونات (جسيمات سالبة الشحنة) باستخدام فرق جهد كهربائي، ثم تم استخدام مجالين كهربائي ومغناطيسي للتحكم في مسارها وتحديد نسبة الشحنة إلى الكتلة.
**الخطوة 2 (مقارنة الإلكترونات بالبروتونات):** البروتونات هي جسيمات موجبة الشحنة، بينما الإلكترونات سالبة. كما أن كتلة البروتون أكبر بكثير من كتلة الإلكترون.
**الخطوة 3 (التعديلات اللازمة):** لجعل أنبوب تومسون يسارع بروتونات بدلاً من الإلكترونات، يجب إجراء التعديلات التالية: - **عكس قطبية الجهد الكهربائي:** بما أن البروتونات موجبة الشحنة، يجب عكس قطبية الجهد الكهربائي المستخدم لتسريعها لضمان جذبها نحو القطب السالب وتسريعها في الاتجاه المطلوب. - **توفير مصدر أيونات:** نحتاج إلى مصدر ينتج أيونات الهيدروجين (بروتونات) بدلاً من الإلكترونات. إذن، التعديلات الرئيسية هي **عكس قطبية الجهد الكهربائي** المستخدم للتسريع، وتوفير **مصدر مناسب للبروتونات (أيونات الهيدروجين)**.

سؤال س72 (a): a. لتحديد جسيمات لها السرعة نفسها، هل ستتغير النسبة E/B؟ فسر ذلك.

الإجابة: س72 (a): النسبة E/B لا تتغير؛ لأن شرط عدم الانحراف يعتمد على السرعة فقط.

خطوات الحل:

**الخطوة 1 (مبدأ محدد السرعة):** في جهاز تومسون، يتم استخدام مجالين كهربائي (E) ومغناطيسي (B) متعامدين لإنشاء محدد سرعة. عندما تكون القوة الكهربائية ($F_E = qE$) مساوية ومعاكسة للقوة المغناطيسية ($F_B = qvB$)، فإن الجسيم يمر دون انحراف.
**الخطوة 2 (اشتقاق السرعة):** من تساوي القوتين، يمكننا كتابة: $$qE = qvB$$ بقسمة الطرفين على $qB$، نحصل على السرعة التي لا ينحرف بها الجسيم: $$v = \frac{E}{B}$$
**الخطوة 3 (الاستنتاج):** هذه العلاقة توضح أن السرعة التي لا ينحرف بها الجسيم تعتمد فقط على شدة المجال الكهربائي والمغناطيسي، ولا تعتمد على شحنة الجسيم (q) أو كتلته (m). لذلك، لتحديد جسيمات لها السرعة نفسها، **النسبة E/B لن تتغير**؛ لأن شرط عدم الانحراف يعتمد على السرعة فقط.

سؤال س72 (b): b. للمحافظة على الانحراف نفسه الذي يسببه المجال المغناطيسي، هل يجب أن يكون المجال المغناطيسي أكبر أم أقل؟ فسر ذلك.

الإجابة: س72 (b): يجب زيادة B؛ لأن كتلة البروتون أكبر، وللحفاظ على نصف القطر.

خطوات الحل:

**الخطوة 1 (تأثير المجال المغناطيسي على الانحراف):** عندما يدخل جسيم مشحون (مثل البروتون) مجالاً مغناطيسيًا، فإنه يتعرض لقوة مغناطيسية ($F_B = qvB$) تجعله يتحرك في مسار دائري. نصف قطر هذا المسار الدائري (r) يُعطى بالعلاقة: $$r = \frac{mv}{qB}$$
**الخطوة 2 (مقارنة كتلة البروتون والإلكترون):** كتلة البروتون ($m_p$) أكبر بكثير من كتلة الإلكترون ($m_e$)، بينما شحنتهما متساوية في المقدار ($q$).
**الخطوة 3 (تعديل المجال المغناطيسي):** للمحافظة على الانحراف نفسه (أي نفس نصف القطر r) لبروتون يتحرك بنفس السرعة (v) التي كان يتحرك بها الإلكترون، ونظرًا لأن شحنة البروتون (q) هي نفسها شحنة الإلكترون (مع اختلاف الإشارة)، ولأن كتلة البروتون (m) أكبر بكثير، يجب أن يزداد المجال المغناطيسي (B) في المقام لتعويض الزيادة في الكتلة في البسط. إذن، **يجب أن يكون المجال المغناطيسي أكبر** للحفاظ على الانحراف نفسه، وذلك لأن كتلة البروتون أكبر بكثير من كتلة الإلكترون، وللحفاظ على نفس نصف قطر المسار الدائري.

سؤال 73: 73. جهد الإيقاف اللازم لاستعادة جميع الإلكترونات المنبعثة من فلز V 7.3. ما مقدار الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات بوحدة الجول؟

الإجابة: س73: الطاقة الحركية: $K = qV_s = (1.6 \times 10^{-19})(7.3)$ $\approx 1.17 \times 10^{-18} \text{ J}$

خطوات الحل:

**الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - جهد الإيقاف ($V_s$) = 7.3 V - شحنة الإلكترون (q) = $1.6 \times 10^{-19}$ C (وهي قيمة ثابتة معروفة)
**الخطوة 2 (القانون):** الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات المنبعثة ($K_{max}$) ترتبط بجهد الإيقاف ($V_s$) بالعلاقة: $$K_{max} = qV_s$$
**الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض بالقيم المعطاة والثابتة في القانون: $$K_{max} = (1.6 \times 10^{-19} \text{ C}) \times (7.3 \text{ V})$$ $$K_{max} = 11.68 \times 10^{-19} \text{ J}$$ يمكن كتابتها بشكل علمي أكثر دقة: $$K_{max} = 1.168 \times 10^{-18} \text{ J}$$
**الخطوة 4 (النتيجة):** إذن، مقدار الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات بوحدة الجول هو تقريبًا **$1.17 \times 10^{-18}$ J**.