العلوم - كتاب العلوم - الصف 9 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال 1: لماذا تسلك الذرات سلوك المغناطيس؟

الإجابة: لأن الإلكترونات (تدور) حول النواة وتولد مجالاً مغناطيسياً، وتعمل الذرات كمغناطيسات صغيرة.

خطوات الحل:

1. | المعطيات | المطلوب | |-----------|----------| | الذرات | سبب سلوكها المغناطيسي |
2. **المبدأ المستخدم:** حركة الإلكترونات داخل الذرة تولد مجالًا مغناطيسيًا.
3. **خطوات الحل التفصيلية:** 1. **تحليل الذرة:** تتكون الذرة من نواة موجبة وإلكترونات سالبة الشحنة تدور في مدارات حولها. 2. **حركة الشحنة الكهربائية:** حركة الإلكترون المشحون حول النواة تُعادل **تيارًا كهربائيًا** دائريًا صغيرًا. 3. **توليد المجال المغناطيسي:** أي تيار كهربائي (حتى ولو كان صغيرًا) يولد **مجالًا مغناطيسيًا** حوله وفقًا لقاعدة اليد اليمنى. 4. **النتيجة:** نتيجة لهذا التيار الدائري، تمتلك كل ذرة **عزمًا مغناطيسيًا** ذاتيًا يجعلها تتصرف مثل **مغناطيس دائم صغير**.
4. **الإجابة النهائية:** تسلك الذرات سلوك المغناطيس بسبب حركة الإلكترونات المشحونة حول نواتها، والتي تُنشئ تيارًا كهربائيًا دائريًا يولد بدوره مجالًا مغناطيسيًا، مما يمنح الذرة خصائص مغناطيسية.

سؤال 2: وضح لماذا تجذب المغناطيس الحديد ولا يجذب الورق؟

الإجابة: لأن الحديد مادة مغناطيسية، بينما الورق ليس كذلك.

خطوات الحل:

1. | المعطيات | المطلوب | |-----------|----------| | المغناطيس | سبب تجاذبه مع الحديد وليس مع الورق | | الحديد | مادة مغناطيسية | | الورق | مادة غير مغناطيسية |
2. **المبدأ المستخدم:** تتأثر المواد **المغناطيسية** (كالحديد) بالمجالات المغناطيسية وتُستقطب، بينما لا تتأثر المواد **غير المغناطيسية** (كَالورق) بشكلٍ ملحوظ.
3. **خطوات الحل التفصيلية:** 1. **تأثير المجال على الحديد (المادة المغناطيسية):** - يتكون الحديد من **مجالات مغناطيسية صغيرة** (Domains) ذات اتجاهات عشوائية في الحالة الطبيعية. - عند اقتراب مغناطيس خارجي، تُرتب هذه المجالات الصغيرة في اتجاه المجال الخارجي. - يؤدي هذا الترتيب إلى ظهور **قطب مغناطيسي معاكس** في قطعة الحديد بالقرب من المغناطيس، مما يسبب **قوة تجاذب قوية**. 2. **تأثير المجال على الورق (المادة غير المغناطيسية):** - لا تحتوي ذرات الورق (الذي يتكون أساسًا من السليلوز) على مجالات مغناطيسية صغيرة يمكن ترتيبها. - المجال المغناطيسي الخارجي لا يُحدث فيها استقطابًا مغناطيسيًا ذا شأن. - لذلك، تكون **قوة التجاذب أو التنافر ضعيفة جدًا** ولا يمكن ملاحظتها بسهولة.
4. > **ملاحظة:** ليست كل المعادن قابلة للمغنطة؛ فالنحاس والألومنيوم مثلاً غير مغناطيسية.
5. **الإجابة النهائية:** يجذب المغناطيس الحديد لأنه مادة قابلة للاستقطاب المغناطيسي، حيث تعيد ترتيب مجالاتها المغناطيسية الداخلية لتصبح قطبيها معاكسين لقطبي المغناطيس القريب فتتجاذبان. أما الورق، فهو مادة غير قابلة للاستقطاب المغناطيسي، فلا تنشأ قوى تجاذب فعالة بينه وبين المغناطيس.

سؤال 3: صف كيف يكون سلوك الشحنات الكهربائية مماثلاً لسلوك الأقطاب المغناطيسية؟

الإجابة: الشحنات الكهربائية المتشابهة تتنافر، والمختلفة تتجاذب، مثل الأقطاب المغناطيسية.

خطوات الحل:

1. | المعطيات | المطلوب | |-----------|----------| | الشحنات الكهربائية | مقارنة سلوكها بسلوك الأقطاب المغناطيسية | | الأقطاب المغناطيسية | |
2. **القانون المستخدم:** قانون التجاذب والتنافر لكل من الشحنات الكهربائية والأقطاب المغناطيسية.
3. **خطوات الحل التفصيلية:** 1. **قاعدة الشحنات الكهربائية:** - الشحنات **المتشابهة** (موجب مع موجب، أو سالب مع سالب) **تتنافر**. - الشحنات **المختلفة** (موجب مع سالب) **تتجاذب**. 2. **قاعدة الأقطاب المغناطيسية:** - الأقطاب **المتشابهة** (شمالي مع شمالي، أو جنوبي مع جنوبي) **تتنافر**. - الأقطاب **المختلفة** (شمالي مع جنوبي) **تتجاذب**. 3. **جدول المقارنة يوضح التشابه الكبير:** | الكيان الفيزيائي | حالة التشابه | حالة الاختلاف | |-------------------|--------------|----------------| | **الشحنات الكهربائية** | تتنافر | تتجاذب | | **الأقطاب المغناطيسية** | تتنافر | تتجاذب |
4. > **ملاحظة:** على الرغم من هذا التشابه، إلا أن هناك اختلافات جوهرية؛ فالشحنات الكهربائية يمكن عزلها (شحنة مفردة)، بينما الأقطاب المغناطيسية لا يمكن فصلها (كل مغناطيس له قطب شمالي وجنوبي).
5. **الإجابة النهائية:** يتماثل سلوك الشحنات الكهربائية مع سلوك الأقطاب المغناطيسية في القاعدة الأساسية للتجاذب والتنافر، حيث تتنافر المتشابهات (موجب/موجب أو شمالي/شمالي) وتتجاذب المختلفات (موجب/سالب أو شمالي/جنوبي).

سؤال 4: حدد مناطق الضعف ومناطق القوة في المجال المحيط بالمغناطيس.

الإجابة: مناطق القوة عند القطبين، ومناطق الضعف في المنتصف.

خطوات الحل:

1. | المعطيات | المطلوب | |-----------|----------| | المجال المغناطيسي المحيط بالمغناطيس | تحديد مناطق القوة والضعف فيه |
2. **المبدأ المستخدم:** شدة المجال المغناطيسي تتناسب طرديًا مع **كثافة خطوط المجال** المغناطيسي في تلك المنطقة.
3. **خطوات الحل التفصيلية:** 1. **تمثيل المجال بالخطوط:** يتم تمثيل المجال المغناطيسي بخطوط وهمية تخرج من **القطب الشمالي** وتدخل إلى **القطب الجنوبي**. 2. **تحديد مناطق القوة (الشدة العالية):** - تكون خطوط المجال **أكثر تقاربًا وازدحامًا**. - يحدث هذا الازدحام عند **نهايتي المغناطيس (القطبين)**. - **السبب:** القطبان هما مصدر خطوط المجال ونهايتها، لذا تتركز الشدة فيهما. 3. **تحديد مناطق الضعف (الشدة المنخفضة):** - تكون خطوط المجال **أكثر تباعدًا وأقل كثافة**. - يحدث هذا في **منتصف المغناطيس (المنطقة الواقعة بين القطبين)**، وكذلك في الأماكن البعيدة جدًا عن المغناطيس. - **السبب:** في المنتصف، تكون خطوط المجال موازية تقريبًا ومتباعدة قبل أن تنحني للعودة إلى القطب الآخر. 4. **الاستنتاج:** - **أقوى مجال:** عند الأقطاب مباشرةً. - **أضعف مجال:** في المنتصف وعلى مسافات كبيرة.
4. **الإجابة النهائية:** يكون المجال المغناطيسي أقوى ما يمكن عند قطبي المغناطيس (الشمالي والجنوبي) حيث تتكاثف خطوط المجال، بينما يكون أضعف في المنطقة الوسطى بين القطبين حيث تتباعد هذه الخطوق.

سؤال 5: إذا تم الحصول على مغناطيس على شكل حدوة الفرس من ثني قضيب مغناطيسي ليصبح على شكل حرف U، فكيف يمكن أن يتجاذب مغناطيسان من هذا النوع، أو يتنافرا، أو يؤثر كل منهما في الآخر تأثيرًا ضعيفًا؟

الإجابة: يمكن أن يتجاذبا أو يتنافرا حسب اتجاه الأقطاب. إذا كانت الأقطاب المتشابهة متقابلة، فسوف يتنافرا، وإذا كانت الأقطاب المختلفة متقابلة، فسوف يتجاذبا. يمكن أن يكون التأثير ضعيفًا إذا كانت الأقطاب بعيدة عن بعضها البعض.

خطوات الحل:

1. | المعطيات | المطلوب | |-----------|----------| | مغناطيسان على شكل حدوة الفرس (U) | وصف حالات التجاذب والتنافر والتأثير الضعيف بينهما |
2. **القانون المستخدم:** قاعدة التجاذب والتنافر المغناطيسي (**المتشابه يتنافر، والمختلف يتجاذب**). كما أن **شدة القوة المغناطيسية تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة** بين الأقطاب.
3. **خطوات الحل التفصيلية:** 1. **فهم شكل المغناطيس:** عند ثني قضيب مستقيم، يبقى له قطب شمالي (N) وقطب جنوبي (S) في طرفيه، لكن يصبح الطرفان متقاربين. 2. **تحليل حالات التفاعل:** **أ. حالة التجاذب:** - عندما يواجه **القطب الشمالي (N)** لأحد المغناطيسات **القطب الجنوبي (S)** للآخر. - أو عندما يواجه **القطب الجنوبي (S)** لأحد المغناطيسات **القطب الشمالي (N)** للآخر. - **النتيجة:** قوة **تجاذب** بين المغناطيسين. **ب. حالة التنافر:** - عندما يواجه **القطب الشمالي (N)** لأحد المغناطيسات **القطب الشمالي (N)** للآخر. - أو عندما يواجه **القطب الجنوبي (S)** لأحد المغناطيسات **القطب الجنوبي (S)** للآخر. - **النتيجة:** قوة **تنافر** بين المغناطيسين. **ج. حالة التأثير الضعيف:** - **السبب الأول (البعد):** إذا تم إبعاد المغناطيسين عن بعضهما كثيرًا، فإن **المسافة** بين أقطابهما تزداد، فتضعف قوة التجاذب أو التنافر بشكل كبير (وفق قانون التربيع العكسي). - **السبب الثاني (عدم المواجهة المباشرة):** إذا قُرِّب المغناطيسان بحيث لا تكون الأقطاب في مواجهة مباشرة (مثلاً، تقريب جانب المغناطيس بدلاً من نهايته). - **النتيجة:** يتفاعل المغناطيسان بقوة ضئيلة بالكاد تُلاحظ.
4. > **ملاحظة:** بسبب شكل حدوة الفرس، قد تكون الأقطاب المتقابلة قريبة جدًا، مما قد ينتج عنه **قوى تجاذب أو تنافر قوية جدًا** في حال المواجهة المباشرة.
5. **الإجابة النهائية:** يتحدد تفاعل مغناطيسي حدوة الفرس بناءً على نوع الأقطاب المتقابلة: فالاختلاف يؤدي إلى تجاذب، والتشابه يؤدي إلى تنافر. ويضعف هذا التفاعل بشكل كبير عندما تزداد المسافة الفاصلة بين أقطابهما أو عندما لا تكون هذه الأقطاب في مواجهة مباشرة.

سؤال 6: تواصل كان الميزان القدامي يعتمدون على الشموس والنجوم وخط الساحل عند الإبحار. وضح كيف يزيد تطوير البوصلة من قدرتهم على الملاحة؟

الإجابة: لأن البوصلة تعمل ليلاً نهارًا (اتجاه الشمال) في البحر المفتوح، وفي الليل أو عند غياب الشمس والنجوم، فتساعدهم على تحديد الاتجاه بدقة والمحافظة على المسار وزيادة مدى ودقة الملاحة.

خطوات الحل:

1. | المعطيات (الطرق القديمة) | المطلوب | |-----------------------------|----------| | الاعتماد على الشمس والنجوم | كيف حسّنت البوصلة الملاحة؟ | | الاعتماد على خط الساحل | | | **الأداة الجديدة:** البوصلة | |
2. **المبدأ المستخدم:** توفر البوصلة **مرجعًا اتجاهيًا ثابتًا ومستقلًا** (الشمال المغناطيسي) لا يتأثر بالوقت أو الظروف الجوية.
3. **خطوات الحل التفصيلية:** 1. **تحليل قيود الطرق التقليدية:** | الطريقة | القيود والمشاكل | |----------|------------------| | **الشمس والنجوم** | - لا تعمل في **النهار الغائم** أو **الليالي الماطرة/المظلمة**.<br>- تتطلب معرفة فلكية ومعقدة.<br>- تغير مواقع النجوم مع الفصول والوقت. | | **خط الساحل** | - تقتصر على **الملاحة الساحلية** فقط.<br>- لا تفيد في **البحر المفتوح (المحيط)** حيث لا معالم.<br>- خطرة بسبب الشعاب والصخور. | 2. **مزايا البوصلة في التغلب على هذه القيود:** - **العمل المستمر:** تعمل في **جميع الأوقات** (ليلًا ونهارًا) وفي **جميع الأحوال الجوية** (ممطر، غائم، ضبابي). - **الاستقلالية عن المعالم:** تمكن من **الملاحة في البحر المفتوح** بعيدًا عن السواحل، مما فتح طرقًا تجارية واستكشافية جديدة. - **البساطة والدقة:** سهلة الاستخدام وتعطي قراءة مباشرة لاتجاه **الشمال المغناطيسي**، مما يسمح بتحديد باقي الاتجاهات بدقة والمحافظة على **مسار ثابت**. - **زيادة الأمان والمدى:** سمحت بالإبحار لمسافات أطول بثقة أكبر، تقليل مخاطر الضياع، وتخطيط رحلات أكثر كفاءة.
4. > **ملاحظة:** البوصلة لا تحدد الموقع على الخريطة (الخطوط الطول والعرض)، بل تحدد **الاتجاه** فقط، ولكنها كانت خطوة ثورية مهدت لأساليب ملاحية أكثر تطورًا.
5. **الإجابة النهائية:** حسَّنت البوصلة من قدرة الملاحة بشكل جذري بتوفيرها لمرجع اتجاهي موثوق ودائم، مما حرر الملاحين من الاعتماد على الرؤية البصرية للمعالم السماوية أو الساحلية، ومكنهم من الإبحار بأمان ودقة في أعماق المحيطات تحت أي ظرف، مما وسع آفاق الاستكشاف والتجارة العالمية.

ما السبب الرئيسي وراء سلوك الذرات كالمغناطيسات الصغيرة؟

• أ) بسبب حجم النواة الكبيرة وثباتها داخل الذرة.
• ب) بسبب حركة الإلكترونات المشحونة حول النواة، التي تولد تيارًا كهربائيًا دائريًا ومجالًا مغناطيسيًا.
• ج) بسبب قوة الجاذبية بين البروتونات والنيوترونات في النواة.
• د) بسبب تفاعل البروتونات الموجبة مع الإلكترونات السالبة بشكل مباشر.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: بسبب حركة الإلكترونات المشحونة حول النواة، التي تولد تيارًا كهربائيًا دائريًا ومجالًا مغناطيسيًا.

الشرح: 1. تدور الإلكترونات المشحونة حول نواة الذرة. 2. حركة الشحنات الكهربائية (الإلكترونات) تُنشئ تيارًا كهربائيًا دائريًا صغيرًا. 3. أي تيار كهربائي يولد مجالًا مغناطيسيًا حوله. 4. هذا المجال يمنح الذرة عزمًا مغناطيسيًا ذاتيًا يجعلها تسلك سلوك المغناطيس.

تلميح: تذكر أن التيار الكهربائي ينشأ عن حركة الشحنات.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما هو السبب العلمي في أن المغناطيس يجذب الحديد ولا يجذب الورق؟

• أ) الحديد يحتوي على نسبة عالية من الكربون مما يجعله موصلاً للمغناطيسية.
• ب) المغناطيس يتفاعل فقط مع المواد التي لها كثافة عالية مثل الحديد.
• ج) الحديد مادة قابلة للاستقطاب المغناطيسي حيث تترتب مجالاتها الداخلية، بينما الورق ليس كذلك فلا تنشأ قوى جذب فعالة.
• د) الورق يحوي أليافاً عضوية تمنع مرور المجال المغناطيسي عبرها.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: الحديد مادة قابلة للاستقطاب المغناطيسي حيث تترتب مجالاتها الداخلية، بينما الورق ليس كذلك فلا تنشأ قوى جذب فعالة.

الشرح: 1. الحديد مادة مغناطيسية، أي تتكون من مجالات مغناطيسية صغيرة يمكن ترتيبها. 2. عند اقتراب مغناطيس خارجي، تترتب هذه المجالات الصغيرة في اتجاه المجال الخارجي وتُستقطب. 3. الورق (السيليلوز) لا يحتوي على مجالات مغناطيسية صغيرة قابلة للترتيب أو الاستقطاب بشكل ملحوظ. 4. لذلك، لا تنشأ قوى تجاذب فعالة بين المغناطيس والورق.

تلميح: فكر في طبيعة المواد وتفاعلها مع المجال المغناطيسي.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط

ما هو وجه التشابه الرئيسي بين سلوك الشحنات الكهربائية والأقطاب المغناطيسية؟

• أ) تتجمع الشحنات الكهربائية والأقطاب المغناطيسية في المنتصف دائماً.
• ب) تتنافر المتشابهات (موجب/موجب أو شمالي/شمالي) وتتجاذب المختلفات (موجب/سالب أو شمالي/جنوبي).
• ج) يمكن عزل الشحنات الكهربائية بينما الأقطاب المغناطيسية لا يمكن فصلها.
• د) تكون قوى الجذب والتنافر متماثلة في الشدة بغض النظر عن المسافة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تتنافر المتشابهات (موجب/موجب أو شمالي/شمالي) وتتجاذب المختلفات (موجب/سالب أو شمالي/جنوبي).

الشرح: 1. للشحنات الكهربائية، تتنافر الشحنات المتشابهة (موجب مع موجب أو سالب مع سالب). 2. للشحنات الكهربائية، تتجاذب الشحنات المختلفة (موجب مع سالب). 3. للأقطاب المغناطيسية، تتنافر الأقطاب المتشابهة (شمالي مع شمالي أو جنوبي مع جنوبي). 4. للأقطاب المغناطيسية، تتجاذب الأقطاب المختلفة (شمالي مع جنوبي). 5. التشابه هو أن المتشابه يتنافر والمختلف يتجاذب في كلا الحالتين.

تلميح: تذكر القواعد الأساسية للتجاذب والتنافر لكليهما.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

أين تكون شدة المجال المغناطيسي أقوى ما يمكن وأين تكون أضعف ما يمكن حول المغناطيس؟

• أ) تكون شدة المجال متساوية في جميع أنحاء المنطقة المحيطة بالمغناطيس.
• ب) أقوى ما يمكن في منتصف المغناطيس، وأضعف عند القطبين.
• ج) أقوى ما يمكن عند قطبي المغناطيس (الشمالي والجنوبي)، وأضعف في المنطقة الوسطى بين القطبين.
• د) تكون شدة المجال أقوى في المناطق البعيدة عن المغناطيس.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: أقوى ما يمكن عند قطبي المغناطيس (الشمالي والجنوبي)، وأضعف في المنطقة الوسطى بين القطبين.

الشرح: 1. يتم تمثيل المجال المغناطيسي بخطوط وهمية تخرج من القطب الشمالي وتدخل إلى القطب الجنوبي. 2. مناطق القوة هي حيث تكون خطوط المجال أكثر تقاربًا وازدحامًا. 3. هذا الازدحام يحدث عند نهايتي المغناطيس (القطبين) مباشرةً. 4. مناطق الضعف هي حيث تكون خطوط المجال أكثر تباعدًا وأقل كثافة. 5. هذا التباعد يحدث في منتصف المغناطيس (المنطقة الواقعة بين القطبين).

تلميح: تذكر كيفية تمثيل خطوط المجال المغناطيسي وكثافتها.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

كيف حسّنت البوصلة من قدرة الملاحين على الملاحة مقارنة بالاعتماد على الشمس والنجوم وخط الساحل؟

• أ) جعلت البوصلة الملاحة أسرع عن طريق تتبع سرعة الرياح وتحديد أقصر الطرق.
• ب) وفرت مرجعًا اتجاهيًا ثابتًا (الشمال المغناطيسي) يعمل ليلاً ونهارًا وفي أي ظروف جوية، مما مكن الملاحة في البحر المفتوح وبدقة.
• ج) ساهمت في التنبؤ بالطقس وحركة الأمواج بشكل أفضل من النجوم.
• د) أتاحت البوصلة للملاحين القدرة على تحديد العمق تحت سطح الماء بدقة عالية.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: وفرت مرجعًا اتجاهيًا ثابتًا (الشمال المغناطيسي) يعمل ليلاً ونهارًا وفي أي ظروف جوية، مما مكن الملاحة في البحر المفتوح وبدقة.

الشرح: 1. الطرق التقليدية (الشمس والنجوم) تتأثر بالظروف الجوية (غيوم، ليل) وتتطلب معرفة فلكية. 2. الاعتماد على خط الساحل يقيد الملاحة للمناطق الساحلية فقط. 3. البوصلة تعمل في جميع الأوقات (ليلاً ونهارًا) وفي جميع الأحوال الجوية. 4. توفر البوصلة مرجعًا اتجاهيًا ثابتًا (الشمال المغناطيسي) مستقلًا عن المعالم البصرية. 5. مكنت البوصلة من الملاحة في البحر المفتوح لمسافات أطول وبدقة أكبر.

تلميح: فكر في القيود التي كانت تواجه الملاحين بالطرق التقليدية.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب