حل تشریحی سوالات سؤالات امتحان نهایی درس فیزیک (3) دوازدهم خرداد 1402 - امتحان نهایی دوازدهم خرداد 1402 (تجربی)

واژۀ مناسب را از داخل پرانتز انتخاب کنید و در پاسخ‌نامه بنویسید. (1/25)

الف) جهت بردار شتاب متوسط همواره در جهت بردار (تغییر سرعت - سرعت) است.

ب) نسبت مسافت طی شده به مدت زمان حرکت (سرعت متوسط - تندی متوسط) نامیده می‌شود.

پ) نیروهای وارد بر یک کشتی در حال حرکت، متوازن‌اند. در این صورت کشتی با (سرعت - شتاب) ثابت حرکت می‌کند.

ت) جرم زمین تقریباً 80 برابر جرم ماه است. نیروی گرانشی زمین بر ماه (برابر - نابرابر) با نیروی گرانشی ماه بر زمین است.

ث) چتربازی اندکی پس از یک پرش آزاد، چترش را باز می‌کند، و پس از مدتی به تندی حدی خود می‌رسد. در این حالت نیروی مقاومت هوا که به چترباز وارد می‌شود برابر با (صفر - نیروی وزن) است.

معادله سرعت-زمان متحرکی که در امتداد محور $x$ حرکت می‌کند، در $SI$ به‌صورت $v=-10t+20$ است.

الف) در لحظه $t=3s$ جهت بردارهای سرعت و شتاب متحرک را تعیین کنید. (0/5)

ب) در چه لحظه‌ای این متحرک تغییر جهت می‌‎دهد؟ (0/5)

شکل زیر نمودار مکان-زمان جسمی را که روی محور $x$ حرکت می‌کند نشان می‌دهد. معادلۀ حرکت متحرک را در بازه‌های زمانی صفر تا $20s$ و $20s$ تا $40s$ بنویسید. (1)

نمودار سرعت-زمان متحرکی که از مکان اولیه $-20m$ شروع به حرکت می‌کند، مطابق شکل زیر است. با به‌دست آوردن مکان متحرک در لحظه‌های $t=10s$ و $t=20s$، نمودار مکان-زمان این متحرک را در بازه زمانی صفر تا $30s$ رسم کنید. (1/5)

شخصی به جرم $60kg$ درون آسانسور ساکنی روی ترازوی فنری ایستاده است. $(g=10N/kg)$

الف) هرگاه آسانسور با شتاب روبه پایین $3m/s^2$ حرکت کند، ترازو چه عددی را نشان می‌دهد؟ (0/75)

ب) اگر کابل آسانسور پاره شود و آسانسور سقوط کند، ترازو عدد صفر را نشان می‌دهد. دلیل آن را توضیح دهید. (0/5)

شکل مقابل شخصی را نشان می‌دهد که بر جعبه 75 کیلوگرمی نیروی افقی $F$ وارد می‌کند.

الف) اگر جعبه در ابتدا ساکن باشد، حداقل نیروی لازم برای به حرکت در آوردن جعبه چقدر است؟ ضریب اصطکاک ایستایی بین جعبه و سطح 0/6 است. (0/75)

ب) اگر شخص جعبه را با نیروی $F=500N$ به حرکت در آورد و ضریب اصطکاک جنبشی بین جعبه و سطح 0/5 باشد، تغییر تکانه آن را 2 ثانیه پس از شروع حرکت حساب کنید. $(g=10N/kg)$ (1)

فنری با ثابت $k$ داریم؛ آزمایشی را توضیح دهید که بتوان با استفاده از وسایل زیر مقدار ثابت فنر را به‌دست آورد. (0/75)

وسایل آزمایش: فنر، وزنه با جرم معلوم، خط‌کش

شکل زیر طرحی از شکست امواج سطحی در مرز آب عمیق و آب کم‌عمق در تشت موج را نشان می‌دهد. طول موج، تندی انتشار و عمق آب در دو محیط (1) و (2) را با هم مقایسه کنید. (0/75)

درستی یا نادرستی هر یک از گزاره‌های زیر را با واژۀ «درست» یا «نادرست» در پاسخ‌برگ مشخص کنید. (1/25)

الف) دوره تناوب آونگ ساده، با جذر طول آن رابطه مستقیم دارد.

ب) اگر یک تاب را با بسامد بیشتر از بسامد طبیعی آن هل دهیم، دامنه نوسان بزرگ‌تر از حالتی می‌شود که با بسامد طبیعی‌اش هل می‌دهیم.

پ) در موج الکترومغناطیسی، میدان‌ها، همگام با یکدیگر و با بسامد متفاوت نوسان می‌کنند.

ت) در نور مرئی ضریب شکست یک محیط معین برای طول موج‌های کوتاه‌تر، بیشتر است.

ث) تندی انتشار صوت در محیط جامد بیشتر از مایع است.

به سؤالات زیر پاسخ کوتاه دهید.

الف) در پدیده سراب جبهه‌های موج در لایه‌های بالا، تندی کمتری نسبت به لایه‌های پایین دارند. علت را توضیح دهید. (0/5)

ب) اگر ناظر به چشمه صوت ساکن نزدیک شود، آیا طول موج کاهش می‌یابد. (0/25)

معادله حرکت هماهنگ ساده یک نوسانگر در $SI$ به‌صورت $x=0/02\cos 20\pi t$ است.

الف) اندازه شتاب نوسانگر را در مکان $x=0/01m$ محاسبه کنید. (0/5)

ب) در چه لحظه‌ای برای اولین بار تندی نوسانگر بیشینه می‌شود؟ (0/5)

نمودار انرژی پتانسیل برحسب مکان در یک سامانه جرم-فنر که جرم وزنه آن $200g$ است، مطابق شکل روبه‌روست. تندی وزنه را در مکان $x$ به‌دست آورید. (1)

با زیاد کردن صدای تلویزیونی، شدت صوتی که به گوش ما می‌رسد 2 برابر می‌شود. تراز شدت صوتی که می‌شنویم چقدر و چگونه تغییر می‌کند؟ $(\log 2=0/3)$ (1)

مطابق شکل زیر، پرتو نور از شیشه وارد هوا شده است. اگر ضریب شکست هوا $n=1$ باشد.

الف) ضریب شکست شیشه چقدر است؟ (0/5)

ب) اگر بسامد نور در شیشه $4\times {10}^{14}Hz$ باشد، بسامد آن در هوا چقدر است؟ $(\sin 37=0/6,\sin 53=0/8)$ (0/25)

در جدول زیر برای هر گزاره از ستون (1)، گزینه مناسب از ستون (2) را انتخاب کرده و در پاسخ‌برگ بنویسید. (1)

الف) در آزمایش شکل مقابل (فوتوالکتریک) فاصله صفحات برق‌نما تغییر پیدا نمی‌کند. علت را توضیح دهید. (0/5)

ب) دو ویژگی گسیل القایی را بنویسید. (0/5)

اگر الکترون در اتم هیدروژن از دومین حالت برانگیخته به حالت پایه برسد، طول موج فوتون گسیلی چقدر است؟ $(hc=1240eV.nm)$ (1)

بلندترین و کوتاه‌ترین طول موج‌های رشته بالمر $(n^{\prime }=2)$ هیدروژن اتمی را به‌دست آورید. $\left(R=0/01{\left(nm\right)}^{-1}\right)$ (1/25)

اگر نیمه‌عمر یک عنصر پرتوزا سه روز باشد، پس از گذشت چند روز $\frac{3}{4}$ هسته‌های عنصر واپاشیده شده است؟ (0/75)