الفيزياء: المستوى العالي
الحث الكهرومغناطيسي — محور HL D
- 1.
لملف عدد لفاته 200 لفة فيض مغناطيسي يتغير بانتظام من 0.0030 Wb إلى 0.0110 Wb خلال 0.40 s. احسب مقدار متوسط القوة الدافعة الكهربائية المحثوثة في الملف.
[4 درجة] - 2.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «لملف عدد لفاته 200 لفة فيض مغناطيسي يتغير بانتظام من 0.0030 Wb إلى 0.0110 Wb خلال 0.40 s. احسب مقدار متوسط القوة الدافعة الكهربائية المحثوثة في الملف.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «حساب التغير في الفيض: ΔΦ = 0.0110 − 0.0030 = 0.0080 Wb.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] - 3.
اذكر قانون لنز، واستخدمه لتفسير اتجاه التيار المحثوث عندما يُدفع القطب الشمالي لمغناطيس نحو ملف سلكي.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 4.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر قانون لنز، واستخدمه لتفسير اتجاه التيار المحثوث عندما يُدفع القطب الشمالي لمغناطيس نحو ملف سلكي.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «ذكر قانون لنز: يسري التيار المحثوث باتجاه يعاكس التغير في الفيض الذي أنتجه.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 5.
يدور ملف مستطيل مساحته 0.050 m² وعدد لفاته 100 لفة بتردد زاوي ثابت مقداره 50 rad s⁻¹ في مجال مغناطيسي منتظم كثافة فيضه 0.30 T. احسب القوة الدافعة الكهربائية القصوى المتولدة.
[4 درجة] - 6.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «يدور ملف مستطيل مساحته 0.050 m² وعدد لفاته 100 لفة بتردد زاوي ثابت مقداره 50 rad s⁻¹ في مجال مغناطيسي منتظم كثافة فيضه 0.30 T. احسب القوة الدافعة الكهربائية القصوى المتولدة.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «كتابة صيغة القوة الدافعة الكهربائية القصوى لملف دوّار: EMF₀ = NBAω.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] - 7.
لمحول رافع للجهد 400 لفة في الملف الابتدائي و2000 لفة في الملف الثانوي. التيار الابتدائي 8.0 A. بافتراض محول مثالي (كفاءته 100%)، احسب التيار الثانوي.
[4 درجة] - 8.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «لمحول رافع للجهد 400 لفة في الملف الابتدائي و2000 لفة في الملف الثانوي. التيار الابتدائي 8.0 A. بافتراض محول مثالي (كفاءته 100%)، احسب التيار الثانوي.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أنه بالنسبة لمحول مثالي، تساوي القدرة الداخلة القدرة الخارجة: VpIp = VsIs.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] - 9.
اشرح لماذا يقلل نقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة بجهد عالٍ وتيار منخفض، بدلاً من جهد منخفض وتيار عالٍ، من فقد القدرة في كابلات النقل.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبة - 10.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اشرح لماذا يقلل نقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة بجهد عالٍ وتيار منخفض، بدلاً من جهد منخفض وتيار عالٍ، من فقد القدرة في كابلات النقل.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن فقد القدرة في الكابل يُعطى بـ P = I²R، ويعتمد على مربع التيار، وليس على الجهد.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبة - 11.
تتحرك لوحة معدنية عبر منطقة مجال مغناطيسي منتظم وتتعرض لتيارات دوامية تعاكس حركتها. اشرح منشأ هذه التيارات الدوامية ولماذا تسبب قوة فرملة (كابحة) على اللوحة.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبة - 12.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «تتحرك لوحة معدنية عبر منطقة مجال مغناطيسي منتظم وتتعرض لتيارات دوامية تعاكس حركتها. اشرح منشأ هذه التيارات الدوامية ولماذا تسبب قوة فرملة (كابحة) على اللوحة.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أنه مع تحرك اللوحة عبر المجال، يتغير الفيض المغناطيسي عبر أجزاء من اللوحة الموصلة.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبة - 13.
يتحرك قضيب موصل مستقيم طوله 0.60 m بسرعة 4.0 m s⁻¹ عمودياً على مجال مغناطيسي منتظم كثافة فيضه 0.25 T، مع كون طوله عمودياً أيضاً على سرعته. احسب القوة الدافعة الكهربائية المحثوثة بين طرفي القضيب.
[3 درجة] - 14.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «يتحرك قضيب موصل مستقيم طوله 0.60 m بسرعة 4.0 m s⁻¹ عمودياً على مجال مغناطيسي منتظم كثافة فيضه 0.25 T، مع كون طوله عمودياً أيضاً على سرعته. احسب القوة الدافعة الكهربائية المحثوثة بين طرفي القضيب.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «استخدام معادلة القوة الدافعة الكهربائية الحركية EMF = BLv عندما تكون B وL وv متعامدة على بعضها.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] - 15.
يُنتج مولد قوة دافعة كهربائية متناوبة قيمتها القصوى 340 V. احسب الجهد الفعّال (rms)، واشرح ما يمثله هذا الجهد الفعّال فيزيائياً.
[3 درجة] - 16.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «يُنتج مولد قوة دافعة كهربائية متناوبة قيمتها القصوى 340 V. احسب الجهد الفعّال (rms)، واشرح ما يمثله هذا الجهد الفعّال فيزيائياً.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «استخدام Vrms = V₀/√2.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] - 17.
يدور ملف مولد بسرعة زاوية ثابتة في مجال مغناطيسي. اذكر كيف تتغير القوة الدافعة الكهربائية المحثوثة مع الزمن، واشرح لماذا تكون صفراً عندما يكون مستوى الملف عمودياً على المجال.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 18.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «يدور ملف مولد بسرعة زاوية ثابتة في مجال مغناطيسي. اذكر كيف تتغير القوة الدافعة الكهربائية المحثوثة مع الزمن، واشرح لماذا تكون صفراً عندما يكون مستوى الملف عمودياً على المجال.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن القوة الدافعة الكهربائية المحثوثة تتغير جيبياً مع الزمن.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 19.
لمحول كفاءته 100% جهد ابتدائي 230 V وجهد ثانوي 11.5 V. احسب نسبة اللفات (الابتدائي:الثانوي)، وحدد ما إذا كان محولاً رافعاً أم خافضاً للجهد.
[4 درجة] - 20.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «لمحول كفاءته 100% جهد ابتدائي 230 V وجهد ثانوي 11.5 V. احسب نسبة اللفات (الابتدائي:الثانوي)، وحدد ما إذا كان محولاً رافعاً أم خافضاً للجهد.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «استخدام Np/Ns = Vp/Vs.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] - 21.
عرّف الحث الذاتي، واحسب مقدار متوسط القوة الدافعة الكهربائية المحثوثة في ملف حثه الذاتي 0.50 H عندما يتغير التيار المار عبره من 2.0 A إلى 6.0 A خلال 0.20 s.
[4 درجة] - 22.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «عرّف الحث الذاتي، واحسب مقدار متوسط القوة الدافعة الكهربائية المحثوثة في ملف حثه الذاتي 0.50 H عندما يتغير التيار المار عبره من 2.0 A إلى 6.0 A خلال 0.20 s.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «تعريف الحث الذاتي بأنه خاصية دائرة (ملف) يُحدث فيها تيار متغير قوة دافعة كهربائية في نفسه، تعاكس التغير.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] - 23.
اذكر سببين لعدم بلوغ محول حقيقي كفاءة 100%، واذكر سمة تصميمية واحدة تُستخدم للحد من كل منهما.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبة - 24.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر سببين لعدم بلوغ محول حقيقي كفاءة 100%، واذكر سمة تصميمية واحدة تُستخدم للحد من كل منهما.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن مقاومة الملفات تسبب فقد حرارة I²R (مقاوماً).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبة - 25.
اشرح، من حيث الحث المتبادل، كيف ينقل المحول الطاقة الكهربائية من ملفه الابتدائي إلى ملفه الثانوي دون أي اتصال كهربائي (سلكي) مباشر بينهما.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 26.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اشرح، من حيث الحث المتبادل، كيف ينقل المحول الطاقة الكهربائية من ملفه الابتدائي إلى ملفه الثانوي دون أي اتصال كهربائي (سلكي) مباشر بينهما.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن التيار المتناوب في الملف الابتدائي ينتج فيضاً مغناطيسياً متغيراً باستمرار.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 27.
اشرح، باستخدام قانون لنز، لماذا يولّد محرك كهربائي دوّار 'قوة دافعة كهربائية عكسية' تعاكس جهد التغذية الذي يُشغّله، واذكر ما يحدث للتيار الذي يسحبه المحرك مع زيادة سرعته.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبة - 28.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اشرح، باستخدام قانون لنز، لماذا يولّد محرك كهربائي دوّار 'قوة دافعة كهربائية عكسية' تعاكس جهد التغذية الذي يُشغّله، واذكر ما يحدث للتيار الذي يسحبه المحرك مع زيادة سرعته.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أنه مع دوران ملف المحرك ضمن المجال المغناطيسي، فإنه يعمل هو نفسه كمولد، لذا يحث وفق قانون فاراداي قوة دافعة كهربائية.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبة - 29.
يدور ملف مكوّن من 80 لفة ومساحته 0.012 m² بسرعة زاوية ثابتة 25 rad s⁻¹ في مجال مغناطيسي منتظم كثافة فيضه 0.35 T. ارتباط الفيض له هو NBA cos(ωt). (أ) حدد القيمة العظمى للقوة الدافعة الكهربائية المستحثة. (ب) احسب مقدارها عندما ωt = 30°. (ج) يُوصل الملف بمقاومة 6.0 Ω مع إهمال المقاومة الداخلية. احسب القدرة اللحظية في المقاومة عند هذه الزاوية. (د) اذكر تغييراً واحداً يضاعف القيمة العظمى دون تغيير المجال.
[5 درجة] - 30.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «يدور ملف مكوّن من 80 لفة ومساحته 0.012 m² بسرعة زاوية ثابتة 25 rad s⁻¹ في مجال مغناطيسي منتظم كثافة فيضه 0.35 T. ارتباط الفيض له هو NBA cos(ωt). (أ) حدد القيمة العظمى للقوة الدافعة الكهربائية المستحثة. (ب) احسب مقدارها عندما ωt = 30°. (ج) يُوصل الملف بمقاومة 6.0 Ω مع إهمال المقاومة الداخلية. احسب القدرة اللحظية في المقاومة عند هذه الزاوية. (د) اذكر تغييراً واحداً يضاعف القيمة العظمى دون تغيير المجال.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «يستخدم قانون فاراداي للحصول على ε = NBAω sin(ωt).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 5 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[5 درجة]