الفيزياء: المستوى العالي
ميكانيكا الجسم الصلب — محور HL A
- 1.
عرّف عزم الدوران، واذكر العاملين اللذين يحددان عزم الدوران الناتج عن قوة تؤثر على جسم صلب.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 2.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «عرّف عزم الدوران، واذكر العاملين اللذين يحددان عزم الدوران الناتج عن قوة تؤثر على جسم صلب.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «تعريف عزم الدوران بأنه أثر الدوران لقوة حول محور ارتكاز أو محور دوران.» 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 - 3.
تُطبَّق قوة مقدارها 15 N عمودياً على مفتاح ربط عند مسافة 0.20 m من صامولة. احسب عزم الدوران الناتج.
[2 درجة] - 4.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «تُطبَّق قوة مقدارها 15 N عمودياً على مفتاح ربط عند مسافة 0.20 m من صامولة. احسب عزم الدوران الناتج.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «استخدام عزم الدوران τ = Fr (القوة × المسافة العمودية).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] - 5.
عرّف عزم القصور الذاتي، واذكر عاملاً واحداً (غير الكتلة) يؤثر على عزم القصور الذاتي لجسم صلب حول محور معين.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 6.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «عرّف عزم القصور الذاتي، واذكر عاملاً واحداً (غير الكتلة) يؤثر على عزم القصور الذاتي لجسم صلب حول محور معين.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «تعريف عزم القصور الذاتي بأنه مقياس لمقاومة الجسم للتسارع الزاوي (الدوراني) حول محور معين.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 7.
اذكر الصيغة الدورانية لقانون نيوتن الثاني، الرابطة بين عزم الدوران وعزم القصور الذاتي والتسارع الزاوي.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 8.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر الصيغة الدورانية لقانون نيوتن الثاني، الرابطة بين عزم الدوران وعزم القصور الذاتي والتسارع الزاوي.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «ذكر τ = Iα، حيث τ العزم الصافي، وI عزم القصور الذاتي، وα التسارع الزاوي.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 9.
لجسم صلب عزم قصور ذاتي مقداره 4.0 kg m² حول محور ثابت. يُطبَّق عزم صافٍ مقداره 12 N m. احسب تسارعه الزاوي.
[2 درجة] - 10.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «لجسم صلب عزم قصور ذاتي مقداره 4.0 kg m² حول محور ثابت. يُطبَّق عزم صافٍ مقداره 12 N m. احسب تسارعه الزاوي.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «استخدام τ = Iα.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] - 11.
عرّف كمية الحركة الزاوية، واذكر مبدأ حفظ كمية الحركة الزاوية.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 12.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «عرّف كمية الحركة الزاوية، واذكر مبدأ حفظ كمية الحركة الزاوية.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «تعريف كمية الحركة الزاوية بأنها L = Iω، حاصل ضرب عزم القصور الذاتي والسرعة الزاوية.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 13.
متزلجة على الجليد تدور بذراعين ممدودتين لها عزم قصور ذاتي 4.0 kg m² وسرعة زاوية 2.0 rad s⁻¹. تسحب ذراعيها إلى الداخل، ما يخفض عزم قصورها الذاتي إلى 1.0 kg m². احسب سرعتها الزاوية الجديدة، باستخدام حفظ كمية الحركة الزاوية.
[3 درجة] - 14.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «متزلجة على الجليد تدور بذراعين ممدودتين لها عزم قصور ذاتي 4.0 kg m² وسرعة زاوية 2.0 rad s⁻¹. تسحب ذراعيها إلى الداخل، ما يخفض عزم قصورها الذاتي إلى 1.0 kg m². احسب سرعتها الزاوية الجديدة، باستخدام حفظ كمية الحركة الزاوية.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «استخدام حفظ كمية الحركة الزاوية: I₁ω₁ = I₂ω₂.» 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.
اذكر الشرط (الشروط) اللازمة ليكون جسم صلب في اتزان دوراني.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 16.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر الشرط (الشروط) اللازمة ليكون جسم صلب في اتزان دوراني.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن العزم الصافي (المحصل) المؤثر على الجسم حول أي نقطة يجب أن يساوي صفراً.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 17.
اذكر معادلة الطاقة الحركية الدورانية بدلالة عزم القصور الذاتي والسرعة الزاوية، واحسب الطاقة الحركية الدورانية لعجلة عزم قصورها الذاتي 2.0 kg m² تدور بسرعة 5.0 rad s⁻¹.
[3 درجة] - 18.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر معادلة الطاقة الحركية الدورانية بدلالة عزم القصور الذاتي والسرعة الزاوية، واحسب الطاقة الحركية الدورانية لعجلة عزم قصورها الذاتي 2.0 kg m² تدور بسرعة 5.0 rad s⁻¹.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «ذكر الطاقة الحركية الدورانية = ½Iω².» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] - 19.
يستند عارضة منتظمة وزنها 200 N وطولها 4.0 m أفقياً بارتكاز عند طرف وكابل رأسي عند الطرف الآخر. احسب الشد في الكابل، بأخذ العزوم حول الارتكاز.
[4 درجة] - 20.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «يستند عارضة منتظمة وزنها 200 N وطولها 4.0 m أفقياً بارتكاز عند طرف وكابل رأسي عند الطرف الآخر. احسب الشد في الكابل، بأخذ العزوم حول الارتكاز.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن الوزن يؤثر عند مركز العارضة المنتظمة، على بعد 2.0 m من الارتكاز.» 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.
تُثبَّت كتلتان نقطيتان، 2.0 kg و3.0 kg، عند طرفي قضيب صلب خفيف، على مسافتي 0.40 m و0.60 m على الترتيب من محور ارتكاز عند مركز دوران القضيب. احسب عزم القصور الذاتي الكلي لهذا النظام حول الارتكاز.
[4 درجة] - 22.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «تُثبَّت كتلتان نقطيتان، 2.0 kg و3.0 kg، عند طرفي قضيب صلب خفيف، على مسافتي 0.40 m و0.60 m على الترتيب من محور ارتكاز عند مركز دوران القضيب. احسب عزم القصور الذاتي الكلي لهذا النظام حول الارتكاز.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أنه لنظام من كتل نقطية، I = Σmr².» 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.
يؤثر عزم صافٍ مقداره 8.0 N m على جسم صلب لمدة 5.0 s. احسب التغير في كمية الحركة الزاوية الناتج، واذكر المعادلة المستخدمة.
[3 درجة] - 24.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «يؤثر عزم صافٍ مقداره 8.0 N m على جسم صلب لمدة 5.0 s. احسب التغير في كمية الحركة الزاوية الناتج، واذكر المعادلة المستخدمة.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «ذكر أن الدفع الزاوي = العزم × الزمن = ΔL.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] - 25.
تتدحرج كرة صلبة كتلتها 2.0 kg ونصف قطرها 0.10 m دون انزلاق على سطح أفقي بسرعة خطية 3.0 m/s. علماً أن عزم قصورها الذاتي حول محورها المركزي I = (2/5)mr²، وأنه للتدحرج دون انزلاق v = ωr، احسب طاقتها الحركية الكلية (الانتقالية والدورانية معاً).
[5 درجة] - 26.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «تتدحرج كرة صلبة كتلتها 2.0 kg ونصف قطرها 0.10 m دون انزلاق على سطح أفقي بسرعة خطية 3.0 m/s. علماً أن عزم قصورها الذاتي حول محورها المركزي I = (2/5)mr²، وأنه للتدحرج دون انزلاق v = ωr، احسب طاقتها الحركية الكلية (الانتقالية والدورانية معاً).» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «حساب الطاقة الحركية الانتقالية: ½mv² = ½ × 2.0 × 3.0² = 9.0 J.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 5 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[5 درجة] - 27.
تُكمل عجلة دورة كاملة واحدة كل 0.50 s. احسب سرعتها الزاوية.
[2 درجة] - 28.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «تُكمل عجلة دورة كاملة واحدة كل 0.50 s. احسب سرعتها الزاوية.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «استخدام ω = 2π/T.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] - 29.
لقرص صلب وحلقة رفيعة الكتلة نفسها ونصف القطر نفسه، ويدوران حول محورهما المركزي. حدد أيهما يمتلك عزم قصور ذاتي أكبر، واشرح السبب، من حيث توزع الكتلة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 30.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «لقرص صلب وحلقة رفيعة الكتلة نفسها ونصف القطر نفسه، ويدوران حول محورهما المركزي. حدد أيهما يمتلك عزم قصور ذاتي أكبر، واشرح السبب، من حيث توزع الكتلة.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن الحلقة تمتلك عزم القصور الذاتي الأكبر.» 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