حل مسائل آخر فصل3 فیزیک یازدهم ریاضی سوال 1تا4

پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین ۱ آخر فصل سوم فیزیک یازدهم سلام! برای حل این سوال باید از دو قانون ساده و مهم مغناطیس استفاده کنیم. **قوانین کلیدی:** 1. **رفتار عقربه مغناطیسی:** قطب شمال (N) یک عقربه مغناطیسی (که معمولاً با رنگ قرمز مشخص می‌شود) همیشه به سمت قطب جنوب (S) یک آهن‌ربای دیگر جذب می‌شود و از قطب شمال (N) آن دفع می‌شود. به طور کلی، عقربه خودش را هم‌جهت با خطوط میدان مغناطیسی در آن نقطه قرار می‌دهد. 2. **جهت خطوط میدان مغناطیسی:** خطوط میدان مغناطیسی در بیرون از آهن‌ربا، از قطب **شمال (N) خارج** و به قطب **جنوب (S) وارد** می‌شوند. **مراحل تعیین قطب‌ها:** 1. **بررسی عقربه سمت راست:** عقربه سمت راست، قطب شمال (N) خود را از سرِ راستِ آهن‌ربای میله‌ای دور کرده است. این **نیروی دافعه** بین دو قطب همنام است. بنابراین، **سرِ راست آهن‌ربا، قطب شمال (N) است.** 2. **بررسی عقربه سمت چپ:** عقربه سمت چپ، قطب شمال (N) خود را به سمت سرِ چپِ آهن‌ربای میله‌ای نزدیک کرده است. این **نیروی جاذبه** بین دو قطب غیرهمنام است. بنابراین، **سرِ چپ آهن‌ربا، قطب جنوب (S) است.** **تعیین جهت خط‌های میدان:** حالا که قطب‌ها را می‌دانیم، به راحتی می‌توانیم جهت خطوط میدان را رسم کنیم. * طبق قانون، خطوط از قطب N (سر راست) خارج می‌شوند، در فضا خمیده شده و به قطب S (سر چپ) وارد می‌شوند. * پس جهت پیکان‌ها روی خطوط میدان، همگی از **راست به چپ** خواهد بود. **خلاصه نهایی:** * **قطب‌ها:** سر راست آهن‌ربا **N** و سر چپ آن **S** است. * **جهت میدان:** خطوط میدان از قطب N (راست) شروع شده و به سمت قطب S (چپ) می‌روند.

پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین ۲ آخر فصل سوم فیزیک یازدهم سلام! بیا این سوال رو که در مورد برهم‌نهی میدان‌های مغناطیسیه، با هم تحلیل کنیم. **الف) میدان مغناطیسی در نقطه A:** نقطه A دقیقاً در وسط فاصله بین دو قطب S (جنوب) مشابه قرار دارد. * میدان ناشی از آهنربای چپ در نقطه A، به سمت آن (یعنی به سمت چپ) است. * میدان ناشی از آهنربای راست در نقطه A، به سمت آن (یعنی به سمت راست) است. چون آهنرباها یکسان هستند و نقطه A دقیقاً در وسط قرار دارد، این دو بردار میدان **هم‌اندازه و مخالف جهت** یکدیگرند. وقتی دو بردار اینچنین با هم جمع شوند، اثر یکدیگر را خنثی می‌کنند. **نتیجه: میدان مغناطیسی برایند در نقطه A صفر است.** **ب) جهت عقربه در نقاط B و C:** عقربه قطب‌نما همیشه هم‌جهت با خط میدان در آن نقطه قرار می‌گیرد (قطب N عقربه، جهت فلش را نشان می‌دهد). * **نقطه B:** این نقطه بالای قطب N آهنربای چپ قرار دارد. خطوط میدان از N خارج شده و به سمت بالا و راست خم می‌شوند. پس قطب N عقربه نیز در جهت **بالا و راست** قرار می‌گیرد. * **نقطه C:** این نقطه پایین قطب S آهنربای چپ است. خطوط میدان از بیرون به سمت S وارد می‌شوند. خطی که از نقطه C می‌گذرد، از سمت پایین و راست به سمت قطب S می‌آید. پس قطب N عقربه در جهت **بالا و چپ** قرار می‌گیرد تا به سمت S کشیده شود. **پ) رسم خطوط میدان پس از چرخش آهنربا:** حالا آهنربای سمت راست چرخانده شده و قطب N آن روبروی قطب S آهنربای چپ قرار گرفته است (وضعیت جاذبه). * **قانون کلیدی:** خطوط میدان از قطب N خارج و به قطب S وارد می‌شوند. * در ناحیه بین دو آهنربا، خطوط میدان از قطب N آهنربای راست خارج شده و **مستقیماً** به سمت قطب S آهنربای چپ می‌روند. این خطوط در وسط، **مستقیم، موازی و متراکم** هستند که نشان‌دهنده یک میدان قوی و تقریباً یکنواخت است. * خطوطی که از قطب N آهنربای راست از بالا یا پایین خارج می‌شوند، با یک خمیدگی به قطب S آهنربای چپ وارد می‌شوند. * خطوط دیگر نیز از قطب N آهنربای چپ خارج شده و به قطب S آهنربای راست وارد می‌شوند و الگوی کامل یک دوقطبی بزرگتر را تشکیل می‌دهند.

پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین ۳ آخر فصل سوم فیزیک یازدهم سلام! این سوال دو مفهوم اساسی در مغناطیس را مرور می‌کند. **الف) دو روش برای تعیین قطب‌های آهنربای نامشخص:** * **روش اول: استفاده از میدان مغناطیسی زمین** 1. یک نخ به وسط آهنربای میله‌ای ببندید و آن را از یک پایه آویزان کنید تا بتواند آزادانه در راستای افقی بچرخد. (یا آن را روی یک تکه یونولیت کوچک قرار داده و روی آب شناور کنید). 2. صبر کنید تا آهنربا از چرخش بایستد و به حالت تعادل برسد. 3. کره زمین خود یک آهنربای غول‌پیکر است. سری از آهنربای شما که به سمت **شمال جغرافیایی** زمین قرار گرفته، **قطب شمال (N)** آن آهنرباست. * **روش دوم: استفاده از یک آهنربای معلوم (مانند قطب‌نما)** 1. یک قطب‌نما یا آهنربای دیگر که قطب‌هایش مشخص است را در اختیار بگیرید. 2. یکی از قطب‌های آهنربای معلوم (مثلاً قطب N آن) را به یکی از سرهای آهنربای نامشخص نزدیک کنید. 3. دو حالت پیش می‌آید: * **اگر جاذبه رخ داد:** یعنی دو قطب غیرهمنام هستند. پس سرِ آهنربای نامشخص، قطب **جنوب (S)** است. * **اگر دافعه رخ داد:** یعنی دو قطب همنام هستند. پس سرِ آهنربای نامشخص، قطب **شمال (N)** است. **ب) مقایسه اندازه میدان مغناطیسی:** * **قانون کلیدی:** **تراکم (نزدیکی)** خطوط میدان مغناطیسی، نشان‌دهنده **قدرت (اندازه)** میدان است. هر جا خطوط به هم نزدیک‌تر باشند، میدان قوی‌تر است. * **تحلیل شکل:** با دقت در شکل، می‌بینیم که در اطراف قطب‌های **آهنربای ۲**، خطوط میدان به یکدیگر **نزدیک‌تر و متراکم‌تر** هستند تا در اطراف قطب‌های **آهنربای ۱**. * **نتیجه:** **اندازه میدان مغناطیسی در نزدیکی قطب‌های آهنربای ۲، بزرگتر از اندازه میدان در نزدیکی قطب‌های آهنربای ۱ است.** این یعنی آهنربای ۲ قوی‌تر از آهنربای ۱ است.

پاسخ تشریحی و گام به گام تمرین ۴ آخر فصل سوم فیزیک یازدهم سلام! این سوال کاربرد جالبی از مفاهیم مغناطیس در پزشکی را نشان می‌دهد. **الف) نزدیک شدن آهنربای دائمی به نوک آهنی:** وقتی آهنربای دائمی متحرک به نوک ثابت آهنی نزدیک می‌شود، پدیده **القای مغناطیسی** رخ می‌دهد. نوک آهنی که یک ماده **فرومغناطیس نرم** است، به شدت تحت تأثیر میدان آهنربای دائمی قرار گرفته و خودش تبدیل به یک آهنربای قوی و موقت می‌شود. به دلیل همین خاصیت آهنربایی، نیروی **جاذبه** شدیدی بین آن دو برقرار شده و به هم می‌چسبند. **ب) مزیت نوک ثابت از جنس آهن:** نوک ثابت از **آهن نرم** ساخته شده است. مزیت آهن نرم این است که: 1. **به راحتی و به شدت مغناطیسی می‌شود:** وقتی در تماس با آهنربای دائمی قرار می‌گیرد، به یک آهنربای قوی تبدیل می‌شود که برای جذب قطعه فلزی بلعیده شده لازم است. 2. **به راحتی خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهد:** وقتی آهنربای دائمی از آن دور می‌شود، خاصیت آهنربایی‌اش را از دست می‌دهد. این ویژگی حیاتی است تا پس از گرفتن قطعه فلزی و بیرون آوردن آن، بتوان به راحتی قطعه را از نوک دستگاه جدا کرد. **پ) دلیل انعطاف‌پذیری غلاف:** مسیر گلو و مری مستقیم نیست و دارای خمیدگی است. **غلاف انعطاف‌پذیر** به پزشک این امکان را می‌دهد که دستگاه را به آرامی و با کمترین آسیب، از مسیرهای پر پیچ و خم داخلی بدن عبور داده و به محل دقیق جسم خارجی برساند. **ت) انتخاب بین گیره آهنی و واشر آلومینیومی:** * **گیره آهنی:** آهن یک ماده **فرومغناطیس** است. این مواد به شدت تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرار گرفته و به خوبی جذب آهنربا می‌شوند. * **واشر آلومینیومی:** آلومینیم یک ماده **پارامغناطیس** است. این مواد فقط به مقدار بسیار بسیار ناچیزی جذب میدان مغناطیسی می‌شوند و این نیروی جاذبه آنقدر ضعیف است که با چنین دستگاهی قابل تشخیص و استفاده نیست. **نتیجه:** پزشک فقط می‌تواند **گیره آهنی کاغذ** را بیرون بیاورد، زیرا آهن فرومغناطیس است و به شدت جذب آهنربا می‌شود، در حالی که آلومینیم پارامغناطیس است و نیروی جاذبه بین آن و آهنربا بسیار ضعیف و قابل چشم‌پوشی است.