حل تشریحی سوالات سؤالات امتحان نهایی درس فیزیک (3) دوازدهم خرداد 1401 - امتحان نهایی دوازدهم خرداد 1401 (تجربی)

با توجه به واژه‌های داده شده، گزاره‌های زیر را کامل کنید. (یک واژه اضافه است.) (1)

(تکانه - نرده‌ای - جابه‌جایی - شتاب - هم‌نوع)

الف) مسافت، کمیتی ............ است.

ب) مساحت سطح بین نمودار سرعت-زمان و محور زمان در هر بازۀ زمانی، برابر با اندازۀ ............ در آن بازه است.

پ) نیروهای کنش و واکنش همواره به دو جسم وارد می‌شوند و ............ هستند.

ت) حاصل‌ضرب جرم جسم در سرعت آن ............ جسم است.

نمودار مکان-زمان دو متحرک $A$ و $B$ که با سرعت ثابت در راستای محور $x$ حرکت می‌کنند به‌صورت شکل روبه‌رو است.

الف) جهت حرکت هر متحرک را مشخص کنید. (0/5)

ب) آیا ممکن است این دو متحرک به هم برسند؟ (0/25)

معادلۀ سرعت-زمان متحرکی که در راستای محور $x$ حرکت می‌کند در $SI$ به‌صورت $v=-2t+2$ است. اگر متحرک در لحظۀ $t_0=0s$ در مکان $x_0=1m$ باشد؛

الف) معادلۀ مکان-زمان این متحرک را بنویسید. (0/75)

ب) سرعت متوسط متحرک در بازۀ زمانی $t_0=0s$ تا $t=3s$ چند متر بر ثانیه است؟ (0/75)

شکل زیر نمودار مکان-زمان جسمی را که روی محور $x$ با شتاب ثابت حرکت می‌کند نشان می‌دهد. (1/25)

الف) در کدام لحظه متحرک بیشترین فاصله را از مبدأ محور دارد؟

ب) جهت حرکت متحرک چند بار تغییر کرده است؟

پ) در بازۀ زمانی $0s$ تا $t_1$، حرکت تندشونده است یا کندشونده؟

ت) در کدام بازۀ زمانی، متحرک به مبدأ محور نزدیک می‌شود؟

ث) شتاب متحرک در جهت محور $x$ است یا خلاف جهت محور $x$؟

واژۀ مناسب را از داخل پرانتز انتخاب کنید و در پاسخ‌نامه بنویسید. (0/75)

الف) اگر جسمی با سرعت ثابت حرکت کند، نیروهای وارد بر جسم متوازن (هستند - نیستند).

ب) هنگام حرکت جسم در راستای قائم به طرف بالا، جهت نیروی مقاومت هوا به طرف (بالا - پایین) است.

پ) اگر بر ماه نیرویی وارد نشود، ماه باید به‌صورت (مستقیم - دایره‌ای) حرکت کند.

فنری با ثابت $20N/cm$ از سقف یک آسانسور آویزان است. اگر جسمی به جرم $2kg$ از انتهای فنر آویزان شده و آسانسور با شتاب ثابت $2m/s^2$ از حال سکون رو به بالا شروع به حرکت کند، تغییر طول فنر چند سانتی‌متر است؟ $(g=10N/kg)$ (1)

مانند شکل روبه‌رو، جسمی را با نیروی عمودی $\vec{F}$ به دیوار قائمی فشرده و ثابت نگه داشته‌ایم. توضیح دهید؛ تأثیر افزایش نیروی $\vec{F}$ بر هر یک از کمیّت‌های زیر چگونه است؟

الف) اندازۀ نیروی اصطکاک ایستایی وارد بر جسم (0/5)

ب) اندازۀ نیروی عمودی سطح (0/5)

ماهواره‌ای روی مدار تقریباً دایره‌ای در ارتفاع $h=1600km$ از سطح زمین، به دور زمین می‌چرخد. شتاب گرانشی وارد بر ماهواره در این فاصله، چند برابر شتاب گرانشی وارد بر آن در سطح زمین است؟ $(R_e=6400km)$ (1)

درستی یا نادرستی هر یک از گزاره‌های زیر را با واژۀ «درست» یا «نادرست» در پاسخ‌نامه مشخص کنید. (1/5)

الف) با افزایش ثابت فنر در سامانۀ جرم-فنر (با جرم یکسان) دورۀ تناوب نوسان‌ها کوتاه‌تر می‌شود.

ب) نوسان تاب بدون هُل دادن، یک نوسان نامیرا است.

پ) در امواج دایره‌ای ایجاد شده بر سطح آب، فاصلۀ بین دو برآمدگی مجاور برابر یک طول موج است.

ت) بیشترین بسامد در طیف امواج الکترومغناطیسی، متعلق به امواج رادیویی است.

ث) امواج صوتی هنگام انتشار در هوا، عرضی هستند.

ج) با حرکت یک چشمۀ صوتی، فاصلۀ جبهه‌های موج در جلوی چشمه، بیشتر از پشت آن می‌شود.

دامنۀ نوسان یک نوسانگر جرم-فنر در حرکت هماهنگ ساده $0/1m$ و سختی فنر آن $100N/m$ است. انرژی مکانیکی نوسانگر هنگام نوسان روی یک سطح افقی بدون اصطکاک، چند ژول است؟ (0/75)

در یک طناب تحت کشش با چگالی خطی جرم $0/2kg/m$، تندی انتشار موج $5m/s$ است. نیروی کشش طناب را به‌دست آورید. (0/75)

الف) امواج الکترومغناطیسی تخت تابیده به یک سطح کاو پس از بازتابش در یک نقطه کانونی می‌شوند. از این سازوکار در چه وسایلی استفاده می‌شود؟ (2 مورد) (0/5)

ب) مانند شکل روبه‌رو، تپی را در یک ریسمان کشیدۀ بلند که یک سر آن بر تکیه‌گاهی ثابت شده است روانه می‌کنیم. بازتاب این تپ را در پاسخ‌نامه رسم کنید. (0/5)

یک موج صوتی با توان $1/6\times {10}^{-4}W$ از صفحه‌ایی با مساحت $4m^2$ در راستای عمود بر صفحه می‌گذرد. شدت صوت عبوری از این صفحه چقدر است؟ (0/75)

در شکل روبه‌رو موج نوری فرودی از هوا وارد شیشه می‌شود. بخشی از موج در سطح جدایی دو محیط باز می‌تابد و بخشی دیگر شکست می‌یابد و وارد شیشه می‌شود.

الف) زاویۀ بازتابش چند درجه است؟ (0/25)

ب) ضریب شکست شیشه را حساب کنید. (0/75)

$(\sin {50}^{\circ }\simeq 0/75,\sin {30}^{\circ }=0/5,n_1=1)$

موارد زیر را تعریف کنید. (1/5)

الف) پژواک

ب) پاشندگی نور

پ) تابش گرمایی

در آزمایش فوتوالکتریک، فوتون‌هایی با طول موج $248nm$ بر سطح یک فلز تابش می‌شود. انرژی هر فوتون چند الکترون‌ولت است؟ $(hc=1240eV.nm)$ (0/75)

در هر یک از پرسش‌های زیر، گزینۀ درست را انتخاب کنید و در پاسخ‌نامه بنویسید. (0/75)

الف) در اتم هیدروژن، هنگام گذار الکترون از تراز انرژی بالاتر به تراز انرژی پایین‌تر؛

1) یک فوتون جذب می‌شود.

2) یک فوتون گسیل می‌شود.

3) اتم برانگیخته می‌شود.

ب) کدام‌یک از پرتوهای زیر، بیشترین نفوذ را در ورقه سربی دارند؟

1) پرتو گاما

2) پرتو آلفا

3) پرتو بتا

پ) کدام مورد دربارۀ نیروی هسته‌ای درست است؟

1) بلندبُرد است.

ب) کوتاه‌بُرد است.

3) رانشی است.

سومین طول موج در رشتۀ پاشن $(n^{\prime }=3)$ هیدروژن اتمی را به‌دست آورید و تعیین کنید که این طول موج در کدام ناحیه از طیف امواج الکترومغناطیسی قرار دارد. (1)

$(R=0/01{(nm)}^{-1})$

شکل روبه‌رو دو مرحله از فرایند ایجاد باریکۀ لیزر را به‌طور طرح‌وار نشان می‌دهد.

الف) منظور از عبارت "اتم‌ها در وضعیت معمول" چیست؟ (0/25)

ب) منظور از "وارونی جمعیت" چیست؟ (0/25)

الف) معادلۀ واپاشی روبه‌رو را کامل کنید. (هستۀ دختر با نماد ${}_Z^{A}Y$ نوشته شود.) (0/5)

${}_{86}^{222}Rn\to \cdots +{}_2^4\alpha$

ب) نیمه‌عمر یک هستۀ پرتوزا 4 ساعت است. پس از گذشت 16 ساعت، چه کسری از ماده اولیه باقی می‌ماند؟ (1)