أهلاً بكم أبنائي وبناتي طلبة السنة الرابعة متوسط في منصتكم التعليمية "ديزاد مدرسة". معكم الأستاذ والمربي الفاضل والمصحح الأول للامتحانات الرسمية بوزارة التربية الوطنية. يسعدني جداً أن أرافقكم اليوم في هذا الحل النموذجي المفصل والشامل لفرض الفصل الأول في مادة العلوم الفيزيائية.

الفيزياء علم ممتع وسهل متى ما فهمنا قواعده وتخيلنا ظواهره. هذا الفرض يركز على محورين أساسيين هما: الظواهر الكهربائية (التكهرب) والتيار الكهربائي المتناوب. سنقوم معاً بحل كل تمرين خطوة بخطوة مع الشرح والتعليل الفيزيائي الدقيق لتضمنوا العلامة الكاملة بإذن الله. جهزوا كراريسكم وأقلامكم، ولننطلق معاً بروح التحدي والنجاح!

تهدف هذه الوضعية إلى اختبار مدى فهمكم لطرق التكهرب (بالدلك، باللمس، وبالتأثير) وسلوك الشحنات الكهربائية (الإلكترونات) انتقالاً وتموضعاً.

السؤال 1: وصف ما يحدث للكرية (B) بعد مالمستها للقضيب البلاستيكي (A):

عند ملامسة القضيب البلاستيكي المشحون $A$ للكرية المعدنية المتعادلة كهربائياً $B$، نلاحظ انجذاب الكرية أولاً (إذا كانت قريبة قبل اللمس) ثم فور حدوث التلامس تبتعد الكرية وتتنافر عن القضيب البلاستيكي $A$.

السؤال 2: التفسير العلمي لظاهرة التنافر بين الكرية (B) والقضيب البلاستيكي (A):

1. القضيب البلاستيكي $A$ مشحون بشحنة سالبة (أي لديه فائض من الإلكترونات).

2. الكرية $B$ متعادلة كهربائياً (عدد شحناتها الموجبة يساوي عدد شحناتها السالبة).

3. عند حدوث التلامس بينهما، تنتقل بعض الإلكترونات (الشحنات السالبة) من القضيب البلاستيكي $A$ إلى الكرية $B$ عبر نقطة التلامس.

4. تصبح الكرية $B$ تحمل شحنة كهربائية إجمالية سالبة (بسبب فائض الإلكترونات التي انتقلت إليها).

5. بما أن القضيب $A$ والكرية $B$ أصبحا يحملان نفس الشحنة الكهربائية (السالبة)، يحدث بينهما تنافر وتبتعد الكرية.

السؤال 3: تقريب قضيب يحمل شحنة كهربائية قيمتها $q = -3.2 \times 10^{-19}\text{ C}$ من الكرية (B):

انتبهوا جيداً يا أبنائي للإشارة السالبة في قيمة الشحنة المعطاة $q = -3.2 \times 10^{-19}\text{ C}$. هذه الإشارة تعني أن القضيب المقرب مشحون بشحنة سالبة. وبما أننا استنتجنا سابقاً أن الكرية $B$ أصبحت مشحونة بشحنة سالبة أيضاً، فلنرى ماذا سيحدث!

السؤال 4: ماذا يحدث لورقتي الألمنيوم ($K_1$ و $K_2$) بعد تقريب القضيب الزجاجي المشحون؟

الزجاج عند دلكه يفقد إلكترونات وتظهر عليه شحنة كهربائية موجبة ($+$). التقريب دون لمس يعني أننا أمام ظاهرة التكهرب بالتأثير.

عند تقريب القضيب الزجاجي المشحون إيجاباً من قرص الكاشف الكهربائي، نلاحظ تنافر وانفراج ورقتي الألمنيوم ($K_1$ و $K_2$).

السؤال 5: الشحنة الكهربائية المتواجدة في الورقتين ($K_1$ و $K_2$):

الشحنة الكهربائية المتواجدة على ورقتي الألمنيوم ($K_1$ و $K_2$) هي شحنة موجبة ($+$).

الشرح بالتفصيل (لتفهموا جيداً):

عند تقريب القضيب الزجاجي المشحون موجباً من قرص الكاشف، يجذب الشحنات السالبة (الإلكترونات) الحرة الموجودة في الكاشف لتصعد نحو القرص المعدني (تأثير التجاذب بين الموجب والسالب). نتيجة لذلك، يحدث نقص في الإلكترونات على مستوى ورقتي الألمنيوم ($K_1$ و $K_2$)، فتطغى عليهما الشحنة الموجبة. وبما أن الورقتين أصبحتا موجبتين معاً، فإنهما تتنافران وتنفرجان.

السؤال 6: توصيل الكاشفين الكهربائيين (1) و (2) بعمود خشبي:

لا يحدث أي شيء لورقتي الألمنيوم ($L_1$ و $L_2$) للكاشف الثاني (تبقيان منطبقتين دون أي حركة أو تنافر).

التبرير يعود إلى أن الخشب مادة عازلة للكهرباء (لا تسمح بمرور وانتقال الشحنات الكهربائية/الإلكترونات عبرها). وبالتالي، لم تنتقل أي شحنات من الكاشف الأول إلى الكاشف الثاني عبر العمود الخشبي.

تتناول هذه الوضعية المبدأ الأساسي لإنتاج التيار الكهربائي المتناوب الذي نستخدمه في بيوتنا، وكيفية دراسة خصائصه باستخدام جهاز راسم الاهتزاز المهبطي.

السؤال 1: تسمية العناصر المرقمة في الشكل (1) من الوثيقة (3):

السؤال 2: تحديد الظاهرة المراد دراستها:

الظاهرة الفيزيائية المراد دراستها هي: ظاهرة التحريض الكهرومغناطيسي (L'induction électromagnétique).

السؤال 3: كيف يتم توهج الصمامين ($D_1$ و $D_2$) عند تحريك العنصر (1) على العنصر (2)؟ مع التعليل:

تذكروا يا أحبتي أن الصمام الضوئي يسمح بمرور التيار الكهربائي في اتجاه واحد فقط (الاتجاه المار). وبما أن لدينا صمامين موصلين باتجاهين متعاكسين، فإن توهجهما بالتناوب دليل قاطع على طبيعة التيار المنتج!

عند تحريك المغناطيس (العنصر 1) ذهاباً وإياباً أمام أو داخل الوشيعة (العنصر 2)، يتوهج الصمامان الضوئيان ($D_1$ و $D_2$) بالتناوب (أي يشتعل الأول وينطفئ الثاني، ثم يشتعل الثاني وينطفئ الأول بصفة مستمرة ومتناوبة).

التعليل الفيزيائي:

حركة المغناطيس أمام الوشيعة تنتج تياراً كهربائياً متناوباً. هذا التيار يتميز بأنه متغير الجهة (له جهتان متعاكستان) ومتغير القيمة بمرور الزمن:

عند توصيل الوشيعة بجهاز راسم الاهتزاز المهبطي، ظهر لنا المنحنى المتموج الممثل في الشكل (2).

السؤال 4: تحديد نوع التوتر الكهربائي المشاهد مع التبرير:

السؤال 5: حساب التوتر الأعظمي ($U_{\text{max}}$) والدور ($T$):

في امتحانات شهادة التعليم المتوسط، نعتمد دائماً على الحساسية العمودية $S_v$ لحساب التوتر الأعظمي، والحساسية الأفقية $S_h$ لحساب الدور.

سنعتمد هنا القيم القياسية النموذجية المتوافقة مع هذا التمرين وهي:

القانون المستخدم لحساب التوتر الأعظمي هو:

حيث:

بتطبيق القانون:

القانون المستخدم لحساب الدور هو:

حيث:

بتطبيق القانون:

التحويل إلى الثانية:

السؤال 6: استنتاج التوتر الفعال (المنتج) ($U_{\text{eff}}$) والتواتر (التردد) ($f$):

العلاقة بين التوتر الأعظمي والتوتر الفعال هي:

حيث: $\sqrt{2} \approx 1.41$

بتطبيق القانون:

إذن، قيمة التوتر الفعال هي تقريباً: $U_{\text{eff}} \approx 4.25\text{ V}$.

التواتر هو مقلوب الدور، ووحدته الهرتز ($\text{Hz}$):

ملاحظة: يجب التعويض بالدور $T$ بوحدة الثانية ($\text{s}$) حصراً.

بتطبيق القانون:

إذن، قيمة التواتر هي: $f = 50\text{ Hz}$.