جواب بدون عنوان صفحه ۳۶ فیزیک (2) - تجربی

۲. الف) بار الکتریکی اتم هسته‌ای کربن (\({}^{12}{6}\mathrm{C}\)) چند کولن است؟

۳. دو گوی رسانا، کوچک و یکسان به بارهای \(q1=4/0\,nC\) و \(q2=-6/0\,nC\) را با هم تماس می‌دهیم و سپس تا فاصلهٔ \(r=30\,cm\) از هم دور می‌کنیم. نیروی برهم‌کنش الکتریکی بین دو گوی را محاسبه کنید. این نیرو رانشی است یا ربایشی؟

۴. سه ذرّهٔ باردار \(q1\)، \(q2\) و \(q3\) مطابق شکل در سه رأس مربعی به ضلع \(3/0\,m\) ثابت شده‌اند. اگر \(q1=q2=-5/0\,\mu C\) و \(q3=+0/20\,\mu C\) باشد، نیروی خالص الکتریکی وارد بر بار \(q3\) را برحسب بردارهای یکهٔ \(\vec{i}\) و \(\vec{j}\) تعیین کنید.

۵. بارهای الکتریکی نقطه‌ای \(q2=+5/0\,nC\)، \(q1=-4/0\,nC\) و \(q3=-4/0\,nC\) مطابق شکل، در جای خود ثابت شده‌اند. نیروی خالص الکتریکی وارد بر هر یک از بارهای \(q2\) و \(q3\) را محاسبه کنید.

۶. در شکل روبه‌رو، دو گوی مشابه به جرم \(0/25\,g\) و بار یکسان مثبت \(q\) در فاصلهٔ \(1/0\,cm\) از هم قرار دارند، به طوری که گوی بالایی به حالت معلّق مانده است.

۷. یک ذرّهٔ باردار را یک‌بار در نقطهٔ A و بار دیگر در نقطهٔ B قرار می‌دهیم. نیرویی که از طرف میدان الکتریکی بر این ذرّهٔ باردار در این دو نقطه وارد می‌شود را مقایسه کنید.

۸. هستهٔ اتم آهن شعاعی در حدود \(4/0\times10^{-15}\,m\) دارد و تعداد پروتون‌های آن ۲۶ عدد است.

۹. شکل زیر، دو ذرّهٔ باردار را نشان می‌دهد که در جای خود روی محور \(x\) ثابت شده‌اند. بارها در فاصلهٔ یکسان \(a\) از مبدأ مختصات (نقطهٔ O) قرار دارند.

۱۰. در یک میدان الکتریکی یکنواخت به بزرگی \(4/9\times10^{5}\,N/C\) که جهت آن قائم و رو به پایین است، ذرّهٔ باردار به جرم \(2/0\,g\) معلّق و به حال سکون قرار دارد. اگر \(g=9/8\,N/kg\) باشد، اندازه و نوع بار الکتریکی ذرّه را مشخص کنید.

۱۱. خطوط میدان الکتریکی برای دو کرهٔ رسانای باردار کوچک در شکل زیر نشان داده شده است. نوع بار هر کره را تعیین کرده و اندازهٔ آن‌ها را مقایسه کنید.

۱۲ در شکل‌های زیر، اندازهٔ دو بار، یکسان ولی علامت آنها مخالف هم است. کدام آرایش‌های خطوط میدان نادرست است؟ دلیل آن را توضیح دهید.

۱۳ دو بار الکتریکی نقطه‌ای غیرهمنام \(q1=+10\,\text{nC}\) و \(q2=-10\,\text{nC}\) مطابق شکل زیر به فاصلهٔ \(6/0\,\text{cm}\) از یکدیگر قرار دارند.

۱۴ بادکنک باردار شکل زیر را به آب نزدیک کرده‌ایم. توضیح دهید چرا آب به‌جای اینکه به‌طور قائم فرو ریزد، خمیده می‌شود؟

۱۵ مطابق شکل زیر، بار \(q=+50\,\text{nC}\) را در میدان الکتریکی یکنواخت \(8/0\times10^5\,\text{N/C}\) نخست از نقطهٔ A تا نقطهٔ B و سپس تا نقطهٔ C جابه‌جا می‌کنیم. اگر \(AB=0/20\,\text{m}\) و \(BC=0/40\,\text{m}\) باشد، مطلوب است:

۱۶ در شکل زیر ذرهٔ باردار مثبت و کوچکی را از نقطهٔ A به سمت کرهٔ باردار که روی پایهٔ عایقی قرار دارد، نزدیک می‌کنیم و در نقطهٔ B قرار می‌دهیم. الف) در این جابه‌جایی، کار نیروی الکتریکی مثبت است یا منفی؟ ب) انرژی پتانسیل ذرهٔ باردار در این جابه‌جایی چگونه تغییر می‌کند؟ پ) پتانسیل نقطه‌های A و B را با هم مقایسه کنید.

۱۷ شکل زیر سه آرایش خطوط میدان الکتریکی را نشان می‌دهد. در هر آرایش، یک پروتون از حالت سکون در نقطهٔ A رها می‌شود و سپس توسط میدان الکتریکی تا نقطهٔ B شتاب می‌گیرد. نقطه‌های A و B در هر سه آرایش در فاصله‌های یکسانی از هم قرار دارند. در کدام شکل سرعت پروتون در نقطهٔ B بیشتر است؟ توضیح دهید.

۱۸. دو صفحهٔ رسانا با فاصلهٔ \(2/00\,\mathrm{cm}\) را موازی یکدیگر قرار می‌دهیم و آنها را به‌اختلاف پتانسیل \(100\,V\) وصل می‌کنیم. درنتیجه، یکی از صفحه‌ها به‌طور منفی و دیگری به‌طور مثبت باردار می‌شوند و میان دو صفحه میدان الکتریکی یکنواختی به‌وجود می‌آید. اندازهٔ این میدان الکتریکی را حساب کنید و با توجه به جهت خطوط میدان الکتریکی در فضای بین دو صفحه توضیح دهید که کدام‌یک از دو صفحه پتانسیل الکتریکی بیشتری دارند.

۱۹. بار الکتریکی \(q=-40\,nC\) از نقطه‌ای با پتانسیل الکتریکی \(V1=-40\,V\) تا نقطه‌ای با پتانسیل \(V2=-10\,V\) آزادانه جابه‌جا می‌شود. الف) انرژی پتانسیل الکتریکی بار \(q\) چه اندازه و چگونه تغییر می‌کند؟ ب) با توجه به قانون پایستگی انرژی، در مورد چگونگی تبدیل انرژی بار \(q\) در این جابه‌جایی توضیح دهید.

۲۰. یک گرهٔ فلزی بدون بار الکتریکی را که روی پایهٔ نارسانایی قرار دارد، به آونگ الکتریکی باردار نزدیک می‌کنیم. با ذکر دلیل توضیح دهید که چه اتفاقی می‌افتد.

۲۱. اگر ساختمان یک خازن را تغییر ندهیم، در هریک از شرایط زیر ظرفیت خازن چگونه تغییر می‌کند؟ الف) بار آن دو برابر شود. ب) اختلاف پتانسیل میان صفحه‌های آن سه برابر شود.

۲۲. اختلاف پتانسیل بین دو صفحهٔ یک خازن را از \(28\,V\) به \(40\,V\) افزایش می‌دهیم. اگر با این کار \(15\,\mu C\) بار به بار ذخیره‌شده در خازن افزوده شود، ظرفیت خازن را حساب کنید.

۲۳. ظرفیت یک خازن تخت با فاصلهٔ صفحات \(1/0\,\mathrm{mm}\) بین صفحه‌های آن هوا قرار دارد، برابر \(1/0\,\mathrm{F}\) است. مساحت صفحه‌های این خازن چقدر است؟ از این مسئله چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟

۲۴. یک خازن تخت به یک باتری بسته شده است تا باردار شود. پس از مدتی، درحالی که باتری همچنان به خازن متصل است، فاصلهٔ بین صفحه‌های خازن را دو برابر می‌کنیم. کدام‌یک از موارد زیر درست است؟

۲۵. مساحت هریک از صفحه‌های خازن تختی، \(1/00\,\mathrm{m^2}\) و فاصلهٔ دو صفحه از هم، \(0/500\,\mathrm{mm}\) است. عایقی با ثابت دی‌الکتریک \(4/9\) بین دو صفحه قرار داده شده است. ظرفیت خازن را تعیین کنید.

۲۶. دو صفحهٔ خازن تخت باردار را همانند شکل با بستن کلید به هم وصل می‌کنیم. در نتیجه جرقه‌ای زده می‌شود. حال اگر دوباره صفحات را به همان اندازه باردار کنیم ولی فاصلهٔ آنها را دو برابر کنیم و سپس دو صفحه را به هم وصل کنیم، آیا جرقهٔ حاصل بزرگ‌تر از قبل می‌شود، یا کوچک‌تر و یا تغییری نمی‌کند؟ توضیح دهید.

۲۷. ظرفیت خازن تختی \(20\,nF\) و بار الکتریکی آن \(180\,nC\) است. الف) انرژی ذخیره‌شده در این خازن چقدر است؟ ب) بین صفحات خازن هواست. خازن را از باتری جدا و فاصلهٔ بین صفحه‌های آن را دو برابر می‌کنیم. انرژی ذخیره‌شده در خازن چقدر افزایش می‌یابد؟