المملكة العربية السعودية فيزياء 1 التعليم الثانوي نظام المقررات )البرنامج المشترك( دليل التجارب العملية طبعة 1438 1439 ه 2017 2018 م
ùjqó```j º```«`ل`` `à```dg IQGRh äqô````b É `à`قøf Y `ل`ى ` `Ñ`Wh ÜÉ`à`µ`dG Gò``g 1 AÉ`jõ``«``a ƒ``fé``ã`dg º`«` à`dg (ägqô``` `ª`dG ΩÉ`` `f) ( ôà ûªdg èeéfôñdg) دليل التجارب العملية قاا بالتاأليف لالمراجعة فريق من المتإ ا اين `g1439 `` 1438 á ÑW `` 2017 2018 م
`g1437, º«ل àdg IQGRh ì فهرسة مكتبة الملك فهد الوطنية ا ثناء النشر وزارة التعليم (١) دليل التجارب العملية - التعليم الثانوي - نظام المقررات - البرنامج المشترك./ وزارة التعليم.- الرياض ١٤٣٧ ه ٦٨ ص ٢١ سم ٢٧ ٥ ردمك : -٩-٣٣٧ -٥٠٨-٦٠٣ ٩٧٨ ١- - كتب دراسية ٢- التعليم الثانوي - السعودية - كتب دراسية ا. العنوان 1437/10317: GójE G ºbQ 978-603 -508-337 -9: eoq ديوي ١٤٣٧/١٠٣١٧ ٥٣٠ ٧١٢. e Éæcƒ S ø ùm Y ó ûj àaé f π éædh, «Y ßaÉëæ a Iô«Ñc IóFÉah ᪠e ᪫b Qô ªdG Gò d. H ßØàëJ Éæà SQóe áñàµe π éæ a, IOÉØà SÓd ΩÉ dg ônbg»a á UÉîdG ÉæàÑàµe»a Qô ªdG Gò H ßØàëf ºd GPEG ájoƒ ùdg á«hô dg áµلªªdg ` º«ل àdg IQGRƒd áxƒøëe ô ûædgh Ñ dg ƒقm º«àdG IQGRh www.moe.gov.sa á««ñ dg Ωƒ dgh äé«véjôdg hô ûe www.obeikaneducation.com bƒe bƒe :»`fhô`à`µde G ó`jô`ñ`dg ègéæª d áeé dg IQGOE G - Ωƒ````` ``` ````dg º ù d science.cur@moe.gov.sa
المقدمة عزيزي الطالب / عزيزتي الطالبة تتكامل أدلة التجارب العملية لفروع مادة العلوم املختلفة ) والكيمياء واألحياء وعلم األرض( مع الكتب املطورة لكل فرع منها يف الصفوف املختلفة ويف نظام توحيد املسارات من حيث املحتوى واملضمون وتتامشى أيض ا مع طبيعة العلم بوصفه مادة وطريقة وتعتمد يف الوقت نفسه عىل فلسفة املناهج املطورة وفق ا ألحدث التوجهات التي تنطلق من مبادئ الرتبية العلمية ومعايريها العاملية. وهتدف هذه املناهج بموادها التعليمية املختلفة - ومنها هذا الدليل املصاحب لكتاب فيزياء 1 للمرحلة الثانوية إىل تعزيز املفاهيم واملهارات العلمية لديك وإىل إكسابك مهارات االستقصاء العلمي والطرائق العلمية يف تنفيذ التجارب العملية ومجع البيانات وتسجيلها والتعامل مع اجلداول والرسوم البيانية واستخالص النتائج وتفسريها. كام هيدف هذا الدليل إىل إكسابك مهارات التعامل مع األدوات واألجهزة يف املخترب. ويتضم ن الدليل جتارب عملية تالئم حمتوى فصول كتاب فيزياء 1 وسياق املوضوعات املقد مة فيه ويتضمن إرشادات عن كيفية التعامل مع التجارب وفق خطوات متسلسلة من حيث حتديد املشكلة يف كل جتربة وأهدافها وإرشادات السالمة واملواد واألدوات. وإذ نقدم إليك هذا الدليل فإنا لنأمل أن تكون قادر ا عىل استيعاب األهداف املنشودة وحتقيقها من خالل تنفيذ التجارب الواردة فيه وفق ا ملستوياهتا املختلفة املوجهة وشبه املوجهة واحلرة وأن تتفاعل مع معلمك واملعنيني يف املخترب تفاعال إجيابي ا يف مجيع املجاالت واملستويات بدء ا بمراعاة مبادئ األمن والسالمة ومرور ا بالتخطيط والتصميم وتنفيذ التجريب وانتهاء بالتحليل واالستنتاج. واهلل نسأل التوفيق وحتقيق الفائدة املرجوة ألبنائنا عىل درب التقدم والنجاح.
قائمة المحتويات V 1X X X1 X11 X111 1 5 9 14 19 24 29 35 41 47 تعزيز االجتاهات العلمية االإ سعافات ا أالولية يف املخترب احتياطات ال سالمة يف املخترب املخاطر واالحتياطات الالزم مراعاتها مرجع اإعداد وكتابة تقارير التجارب 1-1 ما العالقة بني الكتلة واحلجم 2-1 ما موقع العربة 3-1 كيف تتدحرج الكرة 4-1 ما القوى املؤثرة يف القطار 5-1 كيف يتحرك جسم عندما تؤثر فيه قوتان 5-2 كيف يتحرك اجلسم املنزلق عىل سطح مائل 6-1 ما الذي ي بقي السد ادة متحركة يف مسار دائري 6-2 الرسعة النسبية 7-1 هل كتلة القصور تساوي كتلة اجلاذبية 7-2 كيف تقيس الكتلة
تعزيز االتجاهات العلمية عمليات العلم يستخدم المتخصصون في العلوم عمليات العلم في اتخاذ القرارات وحل المشكالت وتعميق فهمهم للطبيعة. وتتضمن كراسة التجارب العملية العديد من العمليات العلمية في جميع األنشطة المختبرية حيث تقوم بوضع الفرضيات والتحقق من صحتها وإج راء التجارب وجمع البيانات وتسجيلها وتمثيلها بياني ا وكتابة االستنتاجات. وباإلضافة إلى كل ذلك تشتمل كراسة التجارب العملية على العمليات العلمية التالية: المالحظة اس تخدام الح واس للحص ول عل ى معلومات عن العالم الطبيعي. التصنيف وض ع مجموع ة من الم واد أو األحداث ضمن ترتيب محدد. التواصل نقل معلومات من شخص إلى آخر. القياس استخدام أداة إليجاد قيمة ما مثل الطول أو الكتلة. اس تخدام األرقام للتعبير عن األفكار والمشاهدات والعالقات. ضب ط المتغيرات تحدي د وإدارة العوامل المختلفة التي قد تؤثر في موقف أو حدث ما. تصمي م التجارب القيام بسلس لة من عمليات جمع البيان ات الت ي تعد أساس ا الختب ار الفرضي ات أو لإلجابة عن سؤال محدد. التعري ف اإلجرائي صياغ ة تعري ف لمفه وم أو حدث بعبارات وصفية ذات طابع فيزيائي. تش كيل النماذج عم ل آل ة أو برنام ج أو هي كل قادر على تمثيل األش ياء في الواق ع ويحاكي وقوع األحداث كما تجري في الطبيعة. االستدالل تفس ير المش اهدات اس تناد ا إلى الخبرة السابقة. تفس ير البيانات البح ث ع ن نم ط أو معن ى ف ي مجموعة من البيانات يتيح التعميم. التوقع التنبؤ بنتائج مس تقبلية اعتم اد ا على المعرفة السابقة. الس ؤال التعبير عن عدم اليقين أو الشك القائم على القدرة عل ى إدراك التناقض بين ما هو معلوم وما هو موضوع م شاهدة. وض ع الفرضيات تفس ير ع دد كبي ر نس بي ا م ن األحداث بوضع تعميم مؤقت ثم اختباره سواء في الحال أو في نهاية تجربة أو أكثر. ملعلا االهاجتالا زيزعت V
تعزيز االتجاهات العلمية التجربة ن ظ مت التجارب في عدة أجزاء وجاءت بعض التجارب تقليدية فتبدأ بمراجعة مفاهيم السابقة ذات العالقة بالتجربة. وتساعدك األهداف المدونة في الهامش على التركيز على استقصائك. يتضمن جزء المواد األدوات التجهيزات واألشياء المستخدمة في التجربة وهي عادة من النوع الذي يمكن الحصول عليه بسرعة وفاعلية. ومعظم التجهيزات متوافرة في مختبرات في المدارس الثانوية. وقد يتطلب األمر إحداث بعض التغييرات الطفيفة في التجهيزات دون أن يؤثر ذلك في إجراء التجارب الواردة في كراسة التجارب العملية. كما تحذرك رموز السالمة من األخطار المحتملة في االستقصاء التجريبي. أم ا جزء الخطوات فيتضمن تعليمات تنفيذ التجربة خطوة خطوة مما يساعدك على اإلفادة من الزمن المحدد لحصة المختبر. وفي جزء البيانات والمشاهدات فيعينك على تنظيم تقرير التجربة حيث تم عرض جميع الجداول وتصنيفها كما أدرجت مجموعة من األسئلة لتوجيه مشاهداتك في معظم التجارب. وأما في جزء التحليل واالستنتاج فسوف تربط المشاهدات والبيانات بالمبادئ العامة في فقرة أهداف التجربة وسترسم المنحنيات البيانية وتفسرها وتضع االستنتاجات المتعلقة بالبيانات. ويتضمن جزء التوسع والتطبيق خطوات عمل إضافية ومسائل توسع آفاق التجربة وتتيح لك التعمق في بعض أوجه المفهوم الفيزيائي الذي قمت باستقصائه كما يشرح التطبيقات العملية الحالية للمفهوم. كما جاءت بعض التجارب تحت عنوان»صمم تجربتك«وجاءت على غرار النمط الموجود في كتاب بعنوان»مختبر «حيث تبدأ كما في التجارب التقليدية بالمعلومات التمهيدية واألهداف. ويركز عرض المشكلة )السؤال( على عنصر التحفيز الذي يدفع إلى إجراء التجربة. ويذكرك جزء الفرضية باستخدام ما تعرفه لتطو ر تفسير ا محتم ال للمشكلة. ثم تتاح لك الفرصة لتطوير خطواتك الختبار فرضيتك. ويزو دك جزء خطة التجربة باإلرشاد الكامل لهذه العملية. وتتضمن قائمة المواد األشياء التي يمكن استخدامها في التجربة اعتماد ا على الخطوات التي وضعتها بنفسك. وقد تتحير في استخدام جميع هذه المواد أو بعضها وهنا يأتي دور المعلم ليقدم لك المساعدة ملعلا االهاجتالا زيزعت VI
تعزيز االتجاهات العلمية الالزمة حول االستخدام اآلمن للمواد وذلك بعد اط العه على خطوات العمل التي اقترحتها لتجربتك وفي معظم الحاالت يقدم لك جدوال لتدوين بياناتك فيه. كما تساعدك أسئلة التحليل واالستنتاج على فهم البيانات التي حصلت عليها لتقرر ما إذا كانت تدعم فرضيتك أم ال. وأخير ا تمنحك األسئلة التطبيقية الفرصة لتطبيق ما تعلمته في مواقف جديدة. الهدف من التجارب المختبرية يهدف العمل المختبري في إلى مساعدتك على فهم مبادئها األساسية بشكل أفضل حيث تبحث في كل تجربة عن هدف وتستقصي مبدأ أساسي ا أو تحل مشكلة محددة باستخدام الطريقة العلمية. وسوف تقوم بإجراء قياسات وتدوينها بوصفها بيانات تساعدك على حل المشكلة ثم تفسرها الستخالص النتائج المتعلقة بها. وقد ال تتفق القيم التي تحصل عليها دائم ا مع القيم المقبولة في القياس ألسباب مختلفة منها مثال أن التجهيزات المختبرية قد تكون غير متطورة بحيث تمك ن من تنفيذ التجربة بدقة كما أن الزمن المخصص للتجربة قد ال يكون كافي ا. إن العالقات بين مشاهداتك والقوانين العامة للفيزياء أكثر أهمية من الدقة العددية الصارمة. ا ستخدام االأرقام المعنوية من المحتمل - عند إجراء الحسابات باستخدام كميات مقيسة - الوقوع في خطأ تدوين نتائج العمليات الحسابية بدقة أكبر مما تسمح به قياساتك. ولتجنب هذا الخطأ اتبع اإلرشادات التالية: عند جمع الكميات المقيسة أو طرحها يجب تقريب جميع القيم إلى عدد المنازل العشرية المعنوية للقياس األقل دقة. عند إجراء عمليات الضرب أو القسمة على الكميات المقيسة يجب أن يكون عدد األرقام المعنوية في ناتج الضرب أو القسمة مساوي ا عددها في القياس األقل دقة. ال ضبط والدقة هناك دائم ا درجة من الخطأ في قياس الكميات الفيزيائية التي تنتج عن عدة مصادر من أسبابها: نوع األداة المستخدمة في القياس وطريقة إجرائه وكيفية قراءة أداة القياس ومن جهة أخرى يعود مدى اقتراب قيمة قياسك من القيمة المقبولة )المعيارية( إلى مقاربتك )الضبط( في القياس. وست قارن النتائج التجريبية بالقيم المقبولة في العديد من أنشطة كراسة التجارب العملية. ملعلا االهاجتالا زيزعت VII
تعزيز االتجاهات العلمية فعندما ت جرى عدة قياسات يشير تقارب قيمها إلى مدى دقة القياس وكلما اقتربت قيم القياسات بعضها من بعض كانت دقة القياس أكبر. لكن من المحتمل أن تحصل على دقة ممتازة وتكون النتائج مع ذلك غير صحيحة )غير قريبة من القيم المعيارية( وربما تكون الدقة قليلة وتكون النتائج صحيحة وذلك عندما يكون متوسط البيانات قريب ا من القيمة المعيارية )الضبط(. والشيء المثالي هو الحصول على قياس دقيق ومضبوط مع ا. عي ن قيم المتغير التابع على المحور الرأسي )اإلحداثي y(. ارسم الخط أو المنحنى الذي يمر بمعظم النقاط الممثلة على الرسم البياني أو بأقرب ما يمكن منها. يزودك دليل الرياضيات في كتاب بمعلومات حول العالقات الخطية والمعادلة التربيعية والعالقات العكسية بين المتغيرات. الر سوم البيانية كثير ا ما تتضمن التجارب إيجاد العالقات وكيفية ارتباط كمية ما بكمية أخرى. وفي أكثر األحيان ال يمكن التحقق بسهولة من العالقة بين المتغيرين التابع والمستقل من خالل البيانات المكتوبة لكن إذا تم تمثيل القيم بياني ا فإن المنحنى البياني الناتج سيشير بوضوح إلى نوع العالقة بين المتغيرين. استخدم اإلرشادات التالية عند التمثيل البياني: عي ن قيم المتغير المستقل على المحور األفقي )اإلحداثي x(. ا ماللاتعزيز يفات االألا االهاهات تافاعسإلا العلمية VIII
االملاعافات االأولية في المختبر اأخرب معلمك يف احلال عن اأي حوادث قد تقع وعليك أان تكون على علم مبا يلي: احتياطات السالمة في المختبر. كيف ومتى تبلغ عن حادث أو إصابة أو جرح أو مادة مسكوبة. مكان صندوق اإلسعافات األولية ومستلزماتها ومواقع كل من أجهزة إنذار الحريق والهاتف ومكتب الممرض في المدرسة. املوقف اال ستجابة ا آالمنة احلروق اجلروح والكدمات الصدمات الكهربائية اإلغامء أو االهنيار احلريق مادة جمهولة يف العني التسمم النزف الشديد املواد املسكوبة ي سكب عليها املاء البارد بغزارة. اتباع التعليامت واإلرشادات املوجودة يف صندوق اإلسعافات األولية. تزويد الشخص باهلواء املنعش ومتديد الشخص املصاب يف وضع يكون فيه الرأس منخفض ا عن باقي اجلسم وإجراء عملية التنفس االصطناعي إذا كان رضوري ا. ارجع إىل االستجابة يف موقف الصدمة الكهربائية. إقفال مجيع مصادر اللهب وإغالق صنابري الغاز ولف املصاب ببطانية احلريق واستعامل طفاية احلريق إلمخاد النار. ال جيب استخدام املاء إلطفاء احلريق ألن املاء ربام يتفاعل مع املواد املحرتقة مما يتسبب يف ازدياد احلريق. غسل العني باملاء النظيف. معرفة العامل املسبب للتسمم وإبالغ املعلم للقيام بالالزم. الضغط عىل اجلرح لوقف النزيف وطلب املساعدة الطبية يف احلال. غسل املنطقة املصابة بكمية كبرية من املاء. IX خملا يف االملاعافات ةمالسلا االأولية ف اسإتا تاطايتحا
احتياطات السالمة في المختبر إذا اتبعت التعليمات بدقة وعرفت األخطار المحتملة التي قد تواجهها في أثناء استخدامك األدوات وإجراءات التجربة فسيكون مختبر مكان ا آمن ا. وانتبه إلى أنك لست مطالب ا بالمحافظة على سالمتك الشخصية فحسب بل على سالمة زمالئك ومعلمك أيض ا. وفيما يلي بعض القواعد التي ترشدك إلى حماية نفسك واآلخرين من اإلصابات والحفاظ على بيئة مختبرية آمنة: 1.1 استعمال مختبر في العمل الجاد فقط. 2.2 ع دم إحضار الطعام أو الش راب ومواد التجميل إلى المختبر وعدم تذوق أي ش يء في ه أو العبث بأواني المختبر الزجاجية أو استخدامها في الطعام أو الشراب. 3.3 ال تجر أي تجارب غير مقررة واستأذن معلمك دائم ا قبل البدء في أي نشاط. 4.4 اقرأ التجربة المقررة قبل مجيئك إلى المختبر واسأل معلمك إذا كان لديك شك أو استفسار حول أي خطوة. 5.5 حافظ على بقاء أماكن العمل من حولك نظيفة وجافة. 6.6 استعمل أدوات السالمة المتاحة وتعر ف مكان كل من طفاية الحريق ورشاش الماء وصندوق اإلسعافات األولية. 7.7 أبلغ معلمك عن أي حادث أو إصابة أو إجراء غير صحيح في التجربة. 8.8 احتف ظ بجميع المواد بعيدة عن مصادر اللهب وعند اس تخدام أي مصدر حراري اربط الش عر الطويل إلى الخلف وأحكم المالبس الفضفاضة )للطالبات(. وفي حال وصول النار إلى مالبسك قم بإخمادها ببطانية أو معطف أو طفاية الحريق وحذار أن تركض قبل إطفائها. 9.9 التزم تمام ا بتعليمات معلمك وتوجيهاته عند استخدام المواد السامة أو المواد القابلة لالشتعال وإن سكبت حمض ا أو مادة كيميائية فعالة قد تسبب التآكل فاغسل مكان تأثيرها بالماء فور ا. 1010 ض ع الزجاج المكس ور والمواد الصلبة في الحاويات المخصصة لها واحتف ظ بالمواد غير الذائبة في الماء خارج المغسلة. 1111 ال تس تخدم األدوات الكهربائية إال تحت إش راف معلمك. وتأكد أن المعلم قد قام بتفحص توصيل الدائرة الكهربائية قبل تشغيلها. ال تلمس األدوات الكهربائية بيد مبللة بالماء أو حين تكون واقف ا على أرض رطبة. 1212 بع د االنتهاء من االس تقصاء تأكد من إغ الق صنابير المياه والغاز وافصل الوص الت الكهربائية ونظ ف مكان عملك وأعد جميع المواد واألجهزة إلى األماكن المخصصة لها واغس ل يديك جيد ا قبل خروجك من المختبر. اعارم احتياطات مزاالمتيايات السالمة الللاو فرطاخملا اسإتا X
املخاطر واالحتياطات الالزم مراعاتها رموز السالمة اسإاطر ا أالمثلة االحتياطات العلج التخل ص من اسإلفات خملفات التجربة قد تكون ضارة باالمنلاان. بع ض اسواد الكيميائية واسإلوقات احلية. ال تتخل ص من هذه اسواد ف اسغلالة اأو ف لالة اسلملت. تخل ص من اسإلفات وفق تعليمات اسعلم. ملوثات حيوية بيولوجية خملوقات ومواد حية قد تلاب ب ضرر ا للإنلاان. البكترييا الفطريات الدم ا أالنلاجة غري اسحفوظة اسواد النباتية. هنب ململاة اجللد لهذه اسواد وارتد كمامة وقفازين. أابلغ معلمك ف حالة حدوث ململاة للجلام واغلال يديك جيد ا. ا درجة احلرارة املؤذية أالجلاام احلادة االأ شياء التي قد حترق اجللد بلابب حرارتها اأو برودتها ال شديدتني. الاتعمال االأدوات والزجاجيات التي هرح اجللد بلالولة. غليان اللاوائل اللاإانات الكهربائية اجلليد اجلاف النيرتوجني اللاائل. اسق صات ال شفرات اللاكاكني االأدوات اسدب بة اأدوات الت شريح الزجاج اسكلاور. الاتعمال قفازات واقية. تعامل بحكمة مع االأداة واتبع امر شادات الاتعمالها. اذهب امىل معلمك طلب ا للمإسعاف االأويل. اذهب امىل معلمك طلب ا للمإسعاف االأويل. االأبخرة ال ضارة خطر حمتمل على اجلهاز التنفلاي من االأبخرة. االأمونيا االألاتون الكايت اللااخن كرات العث )النفثالني(. تاأكد من وجود تهوية جيدة وال ت شم االأبخرة مبا شرة وارتد كمامة. اترك اسنطقة لاأخا معلمك فور ا. الكهرباء خطر حمتمل من ال صعقة الكهربائية اأو احلريق. ت أاري ض غري صحيح لاوائل منلاكبة متالض كهربائي اأسالك معر اة. تاأكد من التو صيلت الكهربائية للأجهزة بالتعاون مع معلمك. ال حتاول ام الح االأعطال الكهربائية والاتعن مبعلمك فور ا. اسواد اسلي جة مواد قد تهيج اجللد اأو الغ شاء اسإاطي للقناة التنفلاية. حبوب اللقاح كرات العث لالك اسواعني األياف الزجاج برمنجنات البوتالايوم. ضع واقي ا للغبار وارتد قفازين وتعامل مع اسواد بحر ص شديد. اذهب امىل معلمك طلب ا للمإسعاف االأويل. اسواد الكيميائية اسواد الكيميائية التي قد تتفاعل مع االأنلاجة واسواد االأخرى وتتلفها. اسبي ضات مثل فوق أاكلايد الهيدروجني واالأحما ض كحم ض الكايتيك والقواعد كاالأمونيا وهيدروكلايد ال صوديوم. ارتد نظارة واقية وقفازين والبلض معطف اسإتا. اغلال اسنطقة اس صابة باساء لاأخا معلمك بذلك. اسواد اللاامة مواد تلابب التلامم امذا ابت لعت اأو الات ن شقت اأو ملست. الزئبق العديد من اسركبات الفلزية اليود النباتات اللاامة. اتبع تعليمات معلمك. اغلال يديك جيد ا بعد االنتهاء من العمل واذهب امىل معلمك طلبا للمإسعاف االأويل. مواد قابلة لل شتعال اللهب اس شتعل بع ض الكيماويات التي يلالل ا شتعالها باللهب اأو ال شرر اأو عند تعر ضها للحرارة. ترك اللهب مفتوح ا يلابب احلريق. الكحول الكريللاني االألاتون برمنجنات البوتالايوم اسلبلض ال شعر. ال شعر اسلبلض الورق اسواد القابلة لل شتعال. هنب مناطق اللهب عند الاتخدام هذه الكيماويات. اربط ال شعر امىل اخللف )للطالبات( وال تلبلض اسلبلض الف ضفا ضة واتبع تعليمات اسعلم عند ام شعال اللهب اأو اميفائه. أابلغ معلمك طلب ا للمإسعاف االأويل والاتخدم طفاية احلريق امن وجدت. أابلغ معلمك طلب ا للمإسعاف االأويل والاتخدم طفاية احلريق امن وجدت. سالمة العني يجب دائم ا ارتداء نظارة واقية عند العمل ف اسإتا. وقاية اسلبلض يظهر هذا الرمز عندما تلابب اسواد بقع ا اأو حريق ا للملبلض. سالمة احليوانات ي شري هذا الرمز امىل الت أاكيد على سالمة اسإلوقات احلية. ن شاط ام شعاعي يظهر هذا الرمز عند الاتعمال مواد م شعة. غلال اليدين اغلال يديك بعد كل هربة باساء وال صابون قبل نزع النظارة الواقية. اعارم مزاالمتيايات الللاو رطاخملا XI
g = 9.80 m/s 2 ثوابت فيزيائية عامة تسارع اجلاذبية األرضية مرجع رسعة الضوء يف الفراغ c = 2.99892458 10 8 m/s معامالت التحويل الكتلة: 1000 g = 1 kg 1 g = 1000 mg احلجم: 1 L = 1000 ml 1 ml = 1 cm 3 الطول: 1 km = 1000 m 1 m = 100 cm 1 m = 1000 mm بادئات ت ستعمل مع النظام الدويل للوحدات البادئة تريا الرمز معامل ال ضرب البادئة بيكو الرمز معامل ال ضرب p 10-12 10 12 n نانو 10 9 G جيجا ميجا 10 μ مايكرو 6 10 M 10-9 10-3 m مليل 10 3 k كيلو c سنتي 10 2 h هكتو ديكا -2 10 T 10-1 d 10 1 دييس da اعارم مزاالمتيايات الللاو مرجع رطاخملا XII
امعداد وكتابة تقارير التجارب إن أحد أهم جوانب العمل المختبري هو تحقيق النتائج التي حصلت عليها خالل االستقصاء. لذا فقد ص م م دليل التجارب العملية بحيث تكون كتابة التقرير المختبري فعالة قدر المستطاع. وسوف تكتب تقاريرك على األوراق المرفقة )النماذج( الخاصة بالتقارير مباشرة بعد إجراء التجربة وقد تمت عنونة جميع الجداول المعروضة لتسهل عملية تسجيل البيانات وإجراء الحسابات. وت ركت مساحات فارغة كافية في التقرير إلجراء الحسابات الضرورية ومناقشة النتائج واالستنتاجات والتفسيرات. وفيما يلي العناصر التي يشتمل عليها تقرير المختبر: 1. المقدمة تشتمل على: a. كتابة ملخص لكل من أهداف التجربة وخطوات العمل والخلفية النظرية للتجربة. b. المخططات وتمثل رسوم ا تخطيطية لألجهزة والدوائر الكهربائىة المستخدمة مع كتابة عنوان مختصر لكل رسم. 2. البيانات استخدام البيانات التي تم الحصول عليها من التجربة وتحليل النتائج مباشرة. 3. النتائج والتحليل a. يحتوي الجزء المخصص للنتائج على فراغات إلجراء الحسابات وكتابة النتائج النهائية. b. إذا تعددت النتائج وجبت كتابتها في جداول. c. يجب أن يعطى كل جدول عنوان ا مناسب ا أو أي مالحظات إضافية تساعد على توضيح محتوياته للقارئ. 4. الر سوم البيانية a. كتابة معلومات كاملة على الرسم تتضمن العنوان وأسماء الكميات على المحاور ووحداتها. b. رسم أفضل خط يمر بمعظم النقاط ويتوسطها جميع ا )ال تص ل كل نقطة بما بعدها بخطوط منفصلة(. امعداد لكتابة تقارير التجارب XIII
5. الح سابات امعداد وكتابة تقارير التجارب يجب أن تحتوي جميع الحسابات على ما يلي: a. المعادلة الفيزيائية بصورتها المألوفة. b. الحل الجبري للمعادلة. c. تعويض الكميات المعلومة مع مراعاة وحداتها. d. الناتج العددي للقيمة المطلوبة مع وحداتها. مثال: إذا كانت d = 10 m و t = 2 s فاستخدم المعادلة التالية إليجاد التسارع : a v i فإن: d = v i وحيث إن 0 = t + 1 2 a t 2 a = 2d t = 2 (10 m) 2 (2 s ) = 2 5 m/s 2 6. المناق شة يكون االس تنتاج الذي تخرج به من التجربة في بعض الحاالت واضح ا بحيث يمكن إهمال جزء المناقش ة من التقرير ففي هذه الحالة قد تفي جملة قصيرة بالغرض. وفي حاالت أخرى تكون مناقش ة نتائج التجربة ضروري ة لتوضيح دالالتها كما يمكنك التعليق على أس باب الخطأ المحتملة ووضع مقترحات لتحس ين خطوات التنفيذ واألدوات المستخدمة في التجربة. 7. اال ستنتاجات XIV االستنتاج جزء مهم في أي تقرير وهو عمل فردي يجب أن يقوم به الطالب الذي كتب التقرير دون مساعدة م ن أح د إال م ن معلمه. يتكون االس تنتاج من فقرة أو أكثر مصوغة بش كل جيد بحيث تس تطيع تلخيص النتائج النهائية. ويتميز االستنتاج بما يلي: a.a يغطي جميع النقاط الرئيسة في الموضوع. b.b يستند على نتائج التجربة وبياناتها. c.c يشير إلى الرسوم بتحديد عنوانها كامال في حال اعتماده عليها. d.d الوضوح واإليجاز مهمان في االستنتاج لذا يجب تجنب استخدام صيغة المتكلم )مثل أنا نحن( إال إذا كان ذلك ضروري ا. امعداد لكتابة تقارير التجارب
الف صل 1 مختبر - 1 1 احتياطات ال سالمة املواد واالأدوات القدمة ذات الورنية ميزان متوازي مستطيالت فلزي مصمت متوازي مستطيالت خشبي مصمت أسطوانة فلزية مصمتة أسطوانة خشبية مصمتة كرة فلزية مصمتة كرة خشبية مصمتة ما العالقة بين الكتلة والحجم يمكنك التحقق من بعض ثوابت من خالل المالحظة ومهارات استخدام أدوات القياس والحساب مستعين ا باألرقام المعنوية. والثابت الفيزيائي كمية فيزيائية تبقى ثابتة تحت مجموعة من الظروف. فإذا قمت بعدة تجارب والحظت أن الماء يتجمد دائم ا عند درجة حرارة C 0 فإنك تستنتج أن درجة حرارة تجمد الماء ثابتة وباستخدام هذه الحقيقة تستطيع التوسع في أبحاثك العلمية الكتشاف حقائق أخرى عن الماء وعن اآللية الفيزيائية للتجمد. ستستقصي في هذه التجربة خاصية الكثافة وهي مقدار كتلة وحدة الحجوم لمادة ويستخدم الفيزيائيون الكثافة لدراسة بعض الظواهر الفيزيائية ومنها الطفو. سوف تقيس في هذه التجربة كتلة عدة أجسام مصنوعة من المادة نفسها ثم تقيس أبعاد هذه األجسام وتحسب أحجامها وأخير ا تمثل النتائج التي حصلت عليها في رسم بياني إلثبات حقيقة أن كثافة المادة تبقى ثابتة مهما تغير شكلها. االأهداف ي ت وقع بعد تنفيذ هذه التجربة أن تكون قادر ا على أن: تقيس أبعاد وكتل عدة أجسام باستخدام النظام الدولي للوحدات.)SI( تمثل بياني ا العالقة بين كتلة الجسم )m( و حجمه ( V(. توضح كيفية إيجاد حجم جسم دون قياس أبعاده. الخطوات 1.1 أحض ر متوازي مس تطيالت وأس طوانة وك رة كلها مصنوع ة من نوع الخشب نفسه. 2.2 سجل نوع الخشب في الجدول 1. 3.3 اس تخدم الميزان لقياس كتلة كل من األجس ام الثالثة )m( إلى أقرب جرام وسجل النتائج في الجدول 1. مدخل امىل ملع ىلإ لخدم 1
1 مختبر - 1 1 4. اس تخدم القدمة ذات الورنية لقياس ارتفاع متوازي المس تطيالت )h( وطول ه )l( وعرضه )w( إلى أقرب ملمتر. قس كل ب عد أربع مرات وسجل قياساتك في الجدول 1. 5. اس تخدم القدمة ذات الورنية لقياس قطر األس طوانة )d( وارتفاعها )h( إلى أقرب ملمتر. قس كل ب عد أربع مرات وسجل قياساتك في الجدول 1. 6. استخدم القدمة ذات الورنية لقياس قطر الكرة )d( إلى أقرب ملمتر. قس القطر أربع مرات وسجل قياساتك في الجدول 1. 7. أحضر متوازي مستطيالت وأسطوانة وكرة كلها مصنوعة من نوع الفلز نفسه. 8. سجل نوع الفلز في الجدول 2. 9. كر ر الخطوات 3-6 وسجل قياساتك في الجدول 2. البيانات والمûشاهدات الجدول 1 نوع الخ شب ال شكل الكتلة )kg( الطول الأبعاد )cm( الرتفاع العر ض القطر متوازي المستطيالت األسطوانة الكرة الجدول 2 نوع الفلز ال شكل الكتلة )kg( الطول الأبعاد )cm( الرتفاع العر ض القطر متوازي المستطيالت األسطوانة الكرة 2 ءايزيفلا ملع ىلإ لخدم
1 مختبر - 1 1 التحليل واال ستنتاج 1.1 احسب متوسط كل ب عد لكل جسم وسجل المتوسطات في الجدول 3. الجدول 3 متولاط االأبعاد )cm( اجللام متوازي املستطيالت اخلشبي الطول العرض االرتفاع األسطوانة اخلشبية القطر االرتفاع الكرة اخلشبية القطر متوازي املستطيالت الفلزي الطول العرض االرتفاع األسطوانة الفلزية القطر االرتفاع الكرة الفلزية القطر 2.2 احس ب حجم كل جس م باستخدام متوس ط األبعاد في الجدول 3 وحو ل الحجم الناتج إلى وحدة m 3 ثم سجل نتائجك في الجدول 4. الجدول 4 حجوم االأجلاام اخل شبية V( m 3 ) ال شكل متوازي المستطيالت األسطوانة الكرة معادلة ملااب احلجم حجوم االأجلاام الفلزية V( m 3 ) V = lwh V = π d_ ( 2 ) 2 h V = 4_ d_ 3 π ( 2 ) 3 3.3 اس تخدم ورقتي الرس م البياني في الصفحة التالية لتمثيل نتائجك مس تخدم ا إحداهما لألجس ام الخشبية واألخرى لألجس ام الفلزية. مث ل الكتلة المقيسة لكل جسم على المحور الرأسي )y( والحجم على المحور األفقي )x(. مدخل امىل ملع ىلإ لخدم 3
1 مختبر - 1 1 4.4 حل ل كال من الرسمين الناتجين. هل تستطيع أن تتبين وجود عالقة بين كتلة كل مادة وحجمها اخلشب الفلز الكتلة الكتلة احلجم احلجم 5.5 ارسم خط المواءمة األفضل لكل مادة. ما قيمة ميل كل من الخطين ماذا يمثل الميل ما وحداته 6.6 ه ل تقع جميع النقاط على خط المواءمة األفضل لكل مادة هل تش ير النتائ ج إلى وجود ثابت فيزيائي ما األسباب التي أدت إلى وقوع بعض النقاط بعيد ا عنه التو سع والتطبيق 1.1 اكتب العالقة الرياضية بين كل من الكتلة والحجم لكلتا المادتين. ما الثابت في هذه العالقة 2.2 لو افترضنا أن لديك جسم ا غير منتظم الشكل من مادة معروفة فكيف تستطيع إيجاد حجم هذا الجسم دون أن تقيس أبعاده 4 مدخل امىل ملع ىلإ لخدم
الف صل 2 مختبر - 1 2 احتياطات ال سالمة املواد وا أالدوات ماسك عربة ذات سرعة منتظمة مسطرة مترية شريط الصق مؤقت البوابة الضوئية ساعة إيقاف t v متثيل احلركة 5
2 مختبر - 1 2 ا أالهداف ي توقع بعد تنفيذ هذه التجربة أن تكون قادر ا على أن: تتوقع الزمن الالزم لكي تقطع عربة ذات سرعة منتظمة مسافات محددة. تقيس الفترات الزمنية المرتبطة مع المسافات المقطوعة. تقو م تجربتك. الم شكلة ما العالقة بين المسافة والزمن في حالة جسم يتحرك بسرعة منتظمة الفر ضية كو ن فرضية حول العالقة بين المسافة المقطوعة والزمن المستغرق في حالة عربة تتحرك بسرعة منتظمة. باالعتماد على فرضيتك توقع مقدار الزمن الذي تحتاج إليه عربتك لقطع المسافات الواردة في الجدول 1 بسرعة منتظمة يحددها لك معلمك. التخطيط للتجربة الجدول 1 المعطيات: الملاافة المقطوعة )cm( 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 التوقع: الزمن الللا )s( 1.1 بالعم ل م ع زمي ل أو ضم ن مجموعات صغي رة اختر ما تحت اج إليه م ن الم واد واألدوات لتصمم تجربة تساعدك على اختبار فرضيتك. 6 متثيل احلركة
2.2 اختر أدوات القياس التي ستستخدمها في قياس زمن المسافات المقطوعة في الجدول 1 وتأكد من إلمامك بطرائق استخدام هذه األدوات ومعرفتك مدى دقتها. 3.3 بي ن الخطوات التي ستس تخدم فيها الم واد و طرائق القياس التي قمت باختياره ا. اكتب هذه الخطوات في دفتر مالحظاتك ثم ارسم مخطط التجربة التي ستقوم بها في الفراغ المخصص لذلك. 4.4 افحص خطة التجربة احصل على موافقة معلمك على خطة التجربة قبل أن تشرع في تنفيذها. 5.5 نف ذ التجربة وسجل بياناتك في الجدول 2. مخطط التجربة مختبر - 1 2 2 الزمن املستغرق لقطع كل 10 cm ( t) (s) الجدول 2 الزمن املستغرق )t( )s( البيانات والم شاهدات جمموعة البيانات 1 املسافة اسقطوعة )cm( 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2 3 4 5 6 7 8 9 10 متثيل احلركة 7
2 مختبر - 1 2 التحليل واال ستنتاج 1.1 اختبر البيانات قارن بين نتائج التجربة وتوقعاتك. 2.2 حل ل البيانات جز ئ كل زمن مقيس إلى مقادير زمنية من مضاعفات الزمن الالزم لقطع مس افة 10. cm هل يمكنك استكشاف نمط ما وضح ذلك. 3.3 فس ر المعلومات افترض أن المسافات المستخدمة في التجربة لها القيم العددية نفسها ولكنها باألمتار بدال من السنتمترات فكيف يؤثر ذلك في قياساتك للزمن 4.4 اس تخلص النتائج من خالل تجربتك صغ اس تنتاج ا عن ش كل العالقة بين المس افة والزمن لجس م يتحرك بسرعة منتظمة. 5.5 قيم الطرائق العلمية انقد تجربتك. ما الصعوبات التي واجهتك في أثناء تنفيذ التجربة ما مقترحاتك للتغلب عليها التطبيق 1.1 إذا أجريت تجربتك مرة أخرى على جس م يتحرك بس رعة ثابتة في مسار دائري فهل تتوقع أن تبقى فرضيتك صحيحة فس ر ذلك. 8 متثيل احلركة
3 مختبر - 1 3 احتياطات ال سالمة الف صل املواد واالأدوات كرة حامل حلقي مشبك ذو ثالث شعب لوح مستو مسطرة مترية بوابة ضوئية مؤقت البوابة الضوئية مؤقت بوابة ضوئية حامل حلقي مشبك ذو ثالث شعب لوح مستو كرة مصد خلفي الشكل A احلركة استلاارعة 9
3 مختبر - 1 3 ا أالهداف ي توقع بعد تنفيذ هذه التجربة أن تكون قادر ا على أن: توضح العالقة بين المسافة والزمن لكرة متدحرجة تتسارع. تحسب تسارع كرة متدحرجة. تستنتج العالقة بين تزايد السرعة والزمن باستخدام بيانات المسافة والزمن. الخطوات 1.1 احصل على كرة من المعلم. 2.2 رك ب الجهاز المبين في الش كل A. استخدم اللوح المستوي كمستوى مائل واضبط ميله بحيث يكون أفقي ا تقريب ا ومس اوي ا لميل المس تويات المائلة عند المجموعات األخرى. يجب أن تتس ارع الكرة ببطء وبش كل ثاب ت. اضب ط المؤق ت بحيث يب دأ العد الزمن ي عند ضغط زر التش غيل ويتوق ف عند عبور الك رة البوابة الضوئية. اضبط البوابة الضوئية بحيث تس مح للكرة بالمرور وبحيث تس تطيع الكرة أن تحجب الضوء عن مجس البوابة. 3.3 ضع الكرة عند قمة المستوى المائل وأمسكها بحيث تالمس حاجز البداية. استخدم المسطرة المترية لتضع البوابة الضوئية بحيث تكون المسافة بينها وبين مقدمة الكرة 10 cm على المستوى المائل. 4.4 اترك الكرة وشغل المؤقت في اللحظة نفسها وبعد مرور الكرة من خالل البوابة الضوئية سجل الزمن الذي ) t 1 في الجدول.1 استغرقته الكرة لقطع مسافة 10 cm في عمود الزمن ) t 3 في الجدول.1 t 2 و 5.5 كر ر الخطوة 4 مرتين وسجل قياسات الزمن 6.6 كر ر الخطوات - 5 3 لمجموعات البيانات من 2-10 في الجدول 1 بحيث تزداد مسافة التدحرج 10 cm في كل مرة. 10 احلركة استلاارعة
3 مختبر - 1 3 البيانات والم شاهدات الجدول 1 الزمن( 3 ) t 3 (s) الزمن( 2 ) t 2 (s) مجموعة البيانات الملاافة الزمن( 1 ) متولاط الزمن مربع متولاط الزمن t 2 ( s 2 ) t (s) t 1 (s) d (cm) 10 1 20 2 30 3 40 4 50 5 60 6 70 7 80 8 90 9 100 10 التحليل واال ستنتاج 1.1 احسب متوسط الزمن ومربع متوسط الزمن لكل مجموعة بيانات وسج ل مقاديرها في الجدول 1. احلركة استلاارعة 11
3 مختبر - 1 3 2. اس تخدم ورقة الرس م البيان ي التالية وعي ن عليه ا بيانات الج دول 1 على أن ت مث ل المس افة على المحور الرأسي y ومربع الزمن على المحور األفقي x. المسافة )cm( )الزمن( ( 2 2 ) s 3. حل ل رسمك البياني هل تالحظ نمط ا ما لهذه النقاط فس ر ذلك. 4. ارسم خط المواءمة األفضل للنقاط في الرسم البياني واحسب ميله. ما الذي يمثله هذا الميل وما وحداته 12 احلركة استلاارعة
3 مختبر - 1 3 5. الحظ مدى مالءمة الخط المس تقيم الذي رس مته معتمد ا على النقاط في الرس م البياني. هل تحركت الكرة المتدحرجة في تجربتك بتسارع ثابت هل تقع جميع النقاط على الخط المستقيم أم قريبة منه ما األسباب المحتملة لوقوع بعض نقاط البيانات بعيد ا عن الخط التو سع والتطبيق 1.1 قارن بين مقدار ميل الخط المستقيم الذي رسمته والمقادير التي حصلت عليها المجموعات األخرى. على اعتبار أن جميع المجموعات اس تخدمت زاوية ميل المس توى نفس ها. ما العامل المش ترك بين نتائج جميع المجموعات 2.2 اس تعن ببيان ات التجرب ة لتحدد عالم ات على المس توى المائل بحيث تم ر الكرة بها خالل فت رات زمنية متس اوية. عن د أي مس افة من نقط ة البداية تض ع العالمتي ن التاليتين إذا كان ت عالمتك األول ى على ب عد cm( 10( من نقطة البداية 3.3 باس تخدام نقطة البداي ة والعالمات الثالث التي وضعتها هل ترى نمط ا للمس افات الفاصلة بين العالمات المتجاورة فس ر ما يعنيه هذا النمط. احلركة استلاارعة 13
الف صل 4 مختبر - 1 4 احتياطات ال سالمة املواد وا أالدوات عربات متساوية الكتلة ماسك عدد 3 حامل لتعليق الكتل كتل مختلفة بكرات ملساء موازين نابضية خيوط حمصلةF نظام نظام عربة A عربة B الشكل A 14 القوى ف ب عد لامد
مختبر - 1 4 4 القوة المؤثرة في النظام 2 القوة المؤثرة في النظام 3 C B A القوة المؤثرة في النظام 1 األنظمة النظام 3 النظام 2 الشكل B النظام 1 القوى ف ب عد لامد 15
4 مختبر - 1 4 الفر ضية كو ن فرضية لمقارنة القوة التي تسبب تسارع ا ثابت ا لقطار بالقوى بين كل عربتين في القطار نفسه. التخطيط للتجربة 1.1 بالعمل ضمن مجموعات صغيرة اختر ما تحتاج إليه من المواد واألدوات المقترحة )أو غيرها من اختيارك( لتصمم تجربة تساعد على اختبار فرضيتك. 2.2 اخت ر أدوات القي اس التي تس تخدمها في قياس القوى وتأك د من معرفتك لمدى دقته ا وقرر كيف تحدد القوة المؤثرة في كل جزء من القطار. 3.3 حدد الخطوات التي تستخدم فيها طرائق القياس وأدواته التي اخترتها. اكتب الخطوات في دفتر مالحظاتك. وارسم مخطط ا توضيحي ا لتجربتك في الفراغ أدناه. 4.4 تفحص خطة التجربة واحصل على موافقة معلمك على خطتك قبل أن تشرع في تنفيذها. تأكد أنك تستطيع التعامل مع جميع األدوات. 5.5 نف ذ التجربة مستخدم ا الجدول 1 لتسجيل البيانات التي ستحصل عليها. مخطط التجربة 16 القوى ف ب عد لامد
4 مختبر - 1 4 البيانات والم شاهدات الجدول 1 رقم اسحاولة القوة املؤثرة ف النظام 1 )N( القوة املؤثرة ف النظام 2 )N( القوة ام ؤلثرة ف النظام 3 )N( 1 2 3 4 التحليل واال ستنتاج 1.1 اختبر البيانات قارن بين مقادير القوى المؤثرة في األنظمة الثالثة في القطار. 2.2 مي ز األنماط ابحث عن نمط في البيانات الممثلة للقوة ووضح النمط الذي تشاهده. 3.3 حل ل البيان ات وض ح العالقة بين الس بب والنتيجة الت ي أدت إلى ظهور النمط في بيان ات القوة آخذ ا بعين االعتبار الكتلة الكلية لكل من األنظمة الثالثة. القوى ف ب عد لامد 17
4 مختبر - 1 4 4. استخلص النتائج تخيل قطار ا مكون ا من عدة عربات. اعتماد ا على العالقة بين القوى المتبادلة بين العربات ما العالقة بين القوى المؤثرة في وصالت مقدمة القطار والمؤثرة في وصالت مؤخرته التطبيق 1.1 طب ق االس تنتاجات تخي ل أنك المهندس المس ؤول عن قيادة قاطرة تس حب مجموعة كبيرة م ن العربات وتعلم أنها ال تس تطيع أن تؤثر بقوة كبيرة تكفي لبدء تحريك العربات كلها في وقت واحد. ما االس تراتيجية التي ستستخدمها لتحريك القطار إرشاد: يوجد بين كل عربتين وصلة تستطيع الحركة عدة سنتمترات إلى األمام والخلف قبل أن تؤثر بقوة في العربة التالية. 2.2 صم م تجربة اعمل مخطط تجربة للمقارنة بين تس ارع قطار مكو ن من ثالث عربات وتس ارع آخر مكو ن من عربة واحدة علم ا بأن للقطارين الكتلة الكلية نفسها وتؤثر في كل منهما القوة الكلية نفسها. ما العالقة بين التسارعين وكيف يمكن لهذه العالقة أن توضح الفرق بين قانوني نيوتن الثاني والثالث 18 القوى ف ب عد لامد
الف صل 5 مختبر - 1 5 احتياطات ال سالمة املواد واالأدوات مدرج )مسار( هوائي مع عربة منزلقة بكرة صغيرة قابلة للتثبيت على المدرج حامل كتل كتل مختلفة مسطرة مترية خيط بوابة ضوئية مؤقت بوابة ضوئية ميزان قياس الكتلة F II a II F I a I F I+II = F I 2 + F II 2 a I+II = a I 2 + a 2 II يدعب يف ىوقلا 19
5 مختبر - 1 5 ا أالهداف ي ت وقع بعد تنفيذك هذه التجربة أن تكون قادر ا على أن: ت كي ف تجربة التسارع في ب عد واحد مع تجربة جمع القوى في ب عدين. توضح جمع القوى باستعمال المتجهات. تقو م نتائج تجربتك. الخطوات 1.1 اجعل المدرج الهوائي في وضع أفقي ومستو وعلى ارتفاع 1m من أرضية المختبر ثم ثبت البكرة في نهايته وقس كتلة العربة المنزلقة وسجلها في الجدول 1. 2. أحض ر خيط ا طوله يس اوي طول الم درج الهوائي واربط أحد طرفي ه في العربة المنزلق ة والطرف اآلخر في حام ل الكت ل ثم ضع العربة عند بداية الم درج الهوائي ومرر الخيط فوق البك رة الموجودة في نهاية المدرج الهوائي. 3. ضع البوابة الضوئية على ب عد 1m من الطرف األمامي للعربة مما يسمح للعربة بالتسارع ضمن المسافة التي تفصلها عن البوابة الضوئية قبل أن يرتطم حامل الكتل بأرضية المختبر. وسجل هذه المسافة في الجدول 1 وصل البوابة الضوئية بالمؤقت. 4. اطلب إلى أحد الطالب أن يمسك العربة عند بداية المدرج الهوائي بينما يقوم طالب آخر بتشغيل مضخة الهواء. ثم ضع كتال على الحامل واختبر تس ارع العربة. ضع كتال كافية على العربة والحامل لجعل العربة تنتقل مس افة 2-4s مقدارها خالل فترة زمني ة الضوئي ة البواب ة مؤق ت إل ى 1m s تقريب ا. واحرص على أالا تق ل الكتلة على الحامل عن 10g. ثم أجر بضعة اختبارات لتحديد الكتلة المطلوبة وسجلها في الجدول 1 في سطر القوة I F. 5. أمسك العربة عند بداية المدرج الهوائي ثم أفلتها وشغ ل المؤقت في اللحظة نفسها. وعندما يتوقف المؤقت بعد أن تجتاز العربة البوابة الضوئية سجل الزمن الذي تستغرقه العربة في حركتها في الجدول 1 وفي سطر القوة I F. 6. أضف إلى الحامل كتلة مقدارها 5g وأعد الخطوتين 4 و 5. وسجل الزمن الذي تستغرقه العربة في حركتها في الجدول 1 في سطر القوة II F. 20 يدعب يف ىوقلا
5 مختبر - 1 5 7. احسب القوتين المسببتين لتسارع العربة باستعمال المعادلتين التاليتين: سج ل قيم هذه القوى في الجدول 1. F I = ](m عربة m I عربة )/(m +m I )[ g F II = ](m عربة m II عربة )/(m +m II )[ g 8. احسب محصلة القوتين كما لو أنهما تؤثران في العربة بصورة تعامد كل منهما األخرى مستعمال المعادلة التالية: F I+II = F I 2 + F II 2 سج ل قيمة هذه القوة في الجدول 1 وفي سطر القوة I. + II 9. احسب كمية الكتلة المعلقة الالزمة لتتسارع العربة بالقوة I+II F مستعمال المعادلة التالية: m عربة F m I+II I+II = عربة m) g +F I+II ) سج ل قيمة هذه الكتلة في الجدول 1 في سطر القوة I. + II 10. ضع كتال على الحامل حتى يصبح مجموع الكتل المعلقة يس اوي الكمية المطلوبة لتتس ارع العربة بتس ارع القوة F. I+II أمسك العربة عند بداية المدرج الهوائي وشغ ل مضخة الهواء ثم أفلت العربة وشغ ل المؤقت ف ي اللحظة نفس ها. وحالم ا يتوقف المؤقت بعد م رور العربة من خالل البوابة الضوئية س جل الزمن الذي تستغرقه العربة في الجدول 1 في سطر القوة I+II F. البيانات والم شاهدات الجدول 1 كتلة العربة (kg) عربة m: المسافة )m) d: البيانات القوة I القوة II القوة I+II القوة الكتلة المعلقة الزمن التلاارع a (m/ s 2 ) t (s) F m (N) (kg) يدعب يف ىوقلا 21
5 مختبر - 1 5 التحليل واال ستنتاج 1. احسب التسارع الذي تسببه كل قوة وذلك باستعمال المعادلة التالية: a = 2d t 2 وض ح خطوات الحساب في الفراغ التالي وسج ل التسارع الذي حسبته لكل قوة في الجدول 1. 2.2 احس ب المتجه المحصل للتس ارعين اللذين تسببهما القوتان I و II كما لو أنهما متعامدان وذلك باستعمال a I+II = a I 2 + a II المعادلة التالية: 2 وض ح خطوات الحساب في الفراغ التالي وسجل التسارع على السطر الذي يليه. 3.3 قارن القيمة التي حسبتها في الخطوة السابقة بالقيمة التجريبية I+II a المسجلة في الجدول 1. 22 يدعب يف ىوقلا
5 مختبر - 1 5 4.4 مث ل البيانات المتوافرة في الجدول 1 وذلك برسم مخططات متجهة مشابهة للمخططين في الشكل A لقيم القوة والتسارع. a I+II تجريبي ا 5.5 هل نجحت طريقة حساب محصلة المتجهات في توقع قيمة التسارع الذي الحظته من خالل تحديد وض ح ذلك. التو سع والتطبيق F III تعامد كل منها القوتين األخريين في الجسم نفسه. ما الذي تتوقع حدوثه إذا و F II و F I 1.1 أثرت ثالث قوى كان الجسم حر الحركة في األبعاد الثالثة ارسم مخطط ا اتجاهي ا للنظام واكتب المعادالت التي تعطي مقدار كل من محصلة متجهات القوى ومحصلة متجهات التسارع. يدعب يف ىوقلا 23
مختبر - 2 5 الف صل 5 كيف يتحرك الج سم المنزلق على سطح مائل +y هل ركبت يوم ا أفعوانية في مدينة األلعاب بم شعرت بعد الوصول إلى قمة المرتفع األول في أثناء نزول هذا المرتفع ستشعر بتسارع كبير. قارن هذا التسارع بالتسارع الذي يمكن أن تشعر به وأنت تقود الدراجة على طريق له زاوية ميالن قليلة فربما يكون التسارع على الطريق المائل أقل منه في األفعوانية. لماذا يختلف تسارع األجسام مع اختالف زاوية ميالن السطح لقد درست سابق ا أن قوة الجاذبية األرضية تجعل األجسام تتدحرج أو تنزلق على سطح مائل. ويبين الشكل A مخطط الحركة لصندوق ينزلق على سطح مائل أملس. إذ يتضح من الشكل أنه يوجد في الوقت نفسه تسارع في اتجاه محور x الموجب )االتجاه األفقي( وتسارع في اتجاه محور y السالب )إلى أسفل(. الشكل B الشكل A F N +y احتياطات ال سالمة املواد واالأدوات مدرج هوائي مع عربة منزلقة مسطرة مترية بوابة ضوئية مؤقت بوابة ضوئية +x F g cos θ θ F g sin θ θ +x a v θ F g إال أنه يصبح من السهل تحليل قوة الجاذبية األرضية المتجهة إلى أسفل إلى قوة عمودية على السطح المائل وأخرى موازية له عند تدوير النظام اإلحداثي بحيث يصبح المحور x موازي ا للسطح المائل. إن القوة الموازية للسطح المائل تجعل الصندوق يتسارع إلى أسفل السطح ويوضح الشكل B مخطط الجسم الحر للقوى التي تؤثر في الصندوق. ويالحظ أيض ا أن النظام اإلحداثي يميل بزاوية يكون فيها المحور x في اتجاه يوازي السطح المائل. ويمكن إثبات أن المرك بة 24 يدعب يف ىوقلا
5 مختبر - 2 5 العمودية لقوة الوزن g F في حالة اتزان مع القوة العمودية N F التي يؤثر بها السطح في الصندوق لعدم وجود تسارع على المحور y. فإذا كانت θ تمثل زاوية ميالن السطح فإن تطبيق القانون الثاني لنيوتن في اتجاه المحور y يؤدي إلى: F N - F g cos θ = 0 يبين مخطط الحركة في الشكل A أن الصندوق يتسارع في اتجاه المحور x الموضح في الشكل B. ويتضح من تطبيق القانون الثاني لنيوتن على هذا المحور أن: الصندوق F g sin θ = m a F( g في المعادلة السابقة لنحصل الصندوق = m يمكن حل هذه المعادلة إليجاد تسارع الصندوق a بتعويض )g الصندوق m) وهكذا تجد أن: على a الصندوق g) sin θ = m a = g sin θ تربط هذه العالقة بين تسارع جسم ينزلق دون احتكاك على سطح مائل وزاوية ميالن السطح. سوف تستعمل هذه العالقة في هذه التجربة إليجاد تسارع جسم ينزلق على سطح مائل بزوايا مختلفة ثم تقارن بين التسارعات التي حسبتها وتلك التي توصلت إليها من النتائج التجريبية. ا أالهداف ي ت وقع بعد تنفيذ هذه التجربة أن تكون قادر ا على أن: ت كي ف وتوائم المحورين الرأسي واألفقي لنظام إحداثي بما يتناسب مع سطح مائل. تقارن القيم التجريبية للتسارع بالقيم المتوقعة. توضح أن تسارع عربة ما تنزلق على سطح مائل يعتمد على زاوية ميل ذلك السطح. الخطوات 1.1 جه ز المدرج الهوائي بوضع عربة واحدة عند بدايته. 2. ضع البوابة الضوئية على المدرج عند الطرف المقابل للعربة بحيث تكون المسافة بينها وبين العربة أكبر ما يمكن على أن تس اوي المس افة بين البوابة ونهاية المدرج طول العربة عل ى األقل ثم صل البوابة الضوئية بالمؤقت وشغله. يدعب يف ىوقلا 25
5 مختبر - 2 5 3. قس المسافة بين الطرف األمامي للعربة والبوابة الضوئية وسجل هذه المسافة في الجدول 1. 4. ارف ع ط رف المدرج الهوائ ي الذي من جهة العرب ة حتى تصبح زاوية ميل ه 5 تقريب ا معتب ر ا هذه البيانات خاصة بالمجموعة األولى. وسجل زاوية الميل هذه في الجدول 1. 5. أمسك العربة عند بداية المدرج الهوائي بينما يقوم طالب آخر بتشغيل مضخة الهواء. ثم اترك العربة وشغل المؤق ت ف ي اللحظة نفس ها. وعندما يتوقف المؤق ت بعد مرور العربة خ الل البوابة الضوئية س جل قراءة المؤقت في الجدول 1 ثم أعد تهيئته )تصفيره(. 6. ك ر ر الخطوة 5 أربع مرات حتى يصبح لديك عل ى األقل خمس قراءات للزمن لمجموعة البيانات األولى. وسجل هذه القراءات في األعمدة المخصصة لذلك في الجدول 1. 7. ارف ع ط رف المدرج الهوائي الذي من جهة العربة حتى تصبح زاوية ميله 10. س جل هذا الميل لمجموعة البيانات 2 في الجدول 1. 8. كر ر الخطوة 5 خمس مرات حتى يصبح لديك على األقل خمس قراءات لمجموعة البيانات الثانية وسجل هذه القراءات في األعمدة المخصصة لذلك في الجدول 1. 9. ارف ع ط رف المدرج الهوائ ي الذي من جهة العربة حتى تصبح زاوية ميله 15. س جل هذا الميل لمجموعة البيانات 3 في الجدول 1. 10. ك ر ر الخطوة 5 خمس مرات حتى يصبح لديك على األقل خمس قراءات للزمن لمجموعة البيانات الثالثة وسجلها في األعمدة المخصصة لذلك في الجدول 1. البيانات والم شاهدات الجدول 1 المسافة (m) :d الزمن 1 الزمن 2 الزمن 3 الزمن 4 الزمن 5 مجموعة زاوية الميل t 5 (s) t 4 (s) t 3 (s) t 2 (s) t 1 (s) البيانات )بالدرجات( 1 2 3 26 يدعب يف ىوقلا
5 مختبر - 2 5.1 المسافة (m) :d a = 2d t 2.2.3 يدعب يف ىوقلا 27
5 مختبر - 2 5 4. احسب التسارع لكل زاوية ميل مستعمال القانون الثاني لنيوتن في ب عدين. a = g sin θ وسجل هذه القيم في الجدول 2 لكل مجموعة بيانات. وضح طريقة الحساب. 5. ق ارن بي ن القي م التجريبي ة للتس ارع وقيمه المتوقعة ل كل مجموع ة بيانات. هل تدع م البيان ات التجريبية التوقعات المبنية على قانون نيوتن الثاني التو سع والتطبيق 1. تخيل أنك أجريت التجربة نفسها باستعمال جسم ينزلق على سطح خشن ما النتائج التي تتوقعها ولماذا 2. صم م تجربة باس تعمال أس طوانة تتدحرج على أن تكون زوايا ميل الس طح هي نفس ها التي اس تعملت في تجرب ة الم درج الهوائي. وقارن بين الزمن الالزم لتتدحرج األس طوانة المس افة نفس ها الت ي تقطعها العربة والزمن الذي تحتاج إليه العربة لكل زاوية من زوايا الميل. اذكر بعض األسباب المحتملة ألوجه التشابه أو االختالف 28 يدعب يف ىوقلا
الف صل 6 مختبر - 1 6 ما الذي ي بقي ال سد ادة متحركة في م سار دائري تسبب القوة المركزية حركة األجسام في مسار منحن. وعندما يتحرك جسم حركة دائرية منتظمة فإن هنالك قوة مركزية تؤثر فيه. والعالقة بين a C الناتج عن القوة المركزية وسرعة الجسم v ونصف التسارع المركزي قطر المسار r هي: a C = v 2 r سوف تستعمل في هذه التجربة التصميم الموضح في الشكل A الختبار العالقة بين سرعة سدادة مطاطية تتحرك حركة دائرية منتظمة ونصف قطر المسار والقوة المركزية. ومن أجل دراسة العالقة بين هذه المتغيرات الثالثة فإنك ستثبت أحد المتغيرات من أجل دراسة أثر تغيير المتغي ر الثاني في المتغي ر الثالث. ستقوم أوال بإجراء التجربة بتثبيت نصف القطر مع تغيير السرعة ثم تختار كيفية تغير السرعة مع تغير نصف القطر عند ثبات القوة المركزية. احتياطات ال سالمة املواد وا أالدوات ورقة رسم بياني خيط من النايلون مشبك ورق سدادة مطاطية مثقوبة ميزان نابضي ملزمة طاولة أنبوب بالستيكي أو خشبي حلقة صغيرة ساعة إيقاف ميزان قياس الكتلة الشكل A احلركة ف بعدين 29
6 مختبر - 1 6 ا أالهداف ي ت وقع بعد تنفيذ هذه التجربة أن تكون قادر ا على أن: تربط بين المتغيرات في الحركة الدائرية المنتظمة. تصمم تجربة تشتمل على ثالثة متغيرات على أن يتم من خاللها تثبيت أحدها. تبر ر طريقة استعمال عدة دورات في تجربة القوة المركزية لتقليل أثر األخطاء العشوائية. الخطوات A. ت صميم التجربة 1.1 قس كتلة السدادة المطاطية مع الحلقة )m( وسجل القراءات في جزء البيانات والمشاهدات ثم حضر أدوات التجربة الموضحة في الشكل A. 2. يتعي ن في ه ذه التجربة المحافظة على نصف قطر ثاب ت في الحركة الدائرية المنتظمة على أن ت س تمد القوة المركزية من الملزمة وتكون مقيس ة بواس طة الميزان النابضي. دو ر الس دادة في مس توى أفقي بحيث يبقى المش بك عل ى مس افة قصيرة تحت ق اع األنبوب في أثن اء دورانها. وعندما يالمس المش بك ق اع األنبوب تتوقف الملزمة عن التأثير بقوة مركزية. وإذا ارتفع المش بك أو انخفض في أثناء دوران الس دادة فإن نصف قطر الدائرة يتغير. B. ثبات ن صف القطر مع تغي ر ال سرعة 1.1 قس طول الخيط من قمة األنبوب إلى السدادة مع وضع المشبك تحت قاع األنبوب والخيط مشدود وسجل نصف القطر r لثالث محاوالت في الجدول 1. 2. دو ر الس دادة م ع المحافظة على ق راءة ثابتة للقوة على المي زان النابضي ويمكن تغيير الق وة برفق ومعرفة مقداره ا م ن خالل قراءة المي زان النابضي. وعندم ا تحصل على قوة ثابتة ابدأ بتش غيل س اعة اإليقاف مع االستمرار بالتدوير ثم أوقفها بعد 30 دورة. 3. سجل بيانات القوة والزمن في العمود الخاص بالمحاولة األولى في الجدول 1. 30 احلركة ف بعدين
6 مختبر - 1 6 4. قم بزيادة معدل الدوران مع بقاء المش بك على مسافة قصيرة تحت قاع األنبوب والحظ ماذا يحدث لقراءة الميزان النابضي يجب أن تزداد بالطبع ثم كر ر الخطوة الثانية لهذه القوة الكبرى. 5. سجل بيانات القوة والزمن في العمود الخاص بالمحاولة الثانية في الجدول 1. 6. كر ر الخطوة الرابعة وسجل البيانات في العمود الخاص بالمحاولة الثالثة في الجدول 1. C. ثبات القوة مع تغي ر ن صف القطر 1.1 غي ر موقع المشبك إلنقاص نصف قطر الحركة الدائرية المنتظمة للسدادة وحاول أن تحصل على أقل نصف قطر ممكن مع بقاء القوة ثابتة. 2. دو ر الس دادة م ع المحافظ ة على قراءة الق وة ثابتة على الميزان النابضي وس جل زمن 30 دورة باس تعمال ساعة اإليقاف. 3. سجل بيانات القوة والزمن في العمود الخاص بالمحاولة األولى في الجدول 2. ثم ضع المشبك ثابت ا تحت ق اع األنبوب والخيط مش دود وقس طول الخيط من قمة األنبوب إلى الس دادة وس جل نص ف القطر r في العمود الخاص بالمحاولة األولى في الجدول 2. 4. غي ر موقع المش بك لزيادة نصف قطر الحركة الدائرية المنتظمة للس دادة وكر ر الخطوتين 2 و 3 للقوة نفسها التي استخدمتها في المحاولة األولى. 5. س جل بيانات القوة والزمن في العمود الخاص بالمحاولة الثانية في الجدول 2. ثم ضع المش بك ثابت ا تحت ق اع األنبوب والخيط مش دود وقس طول الخيط من قمة األنبوب إلى الس دادة وس جل نص ف القطر r في العمود الخاص بالمحاولة الثانية في الجدول 2. 6. كر ر الخطوة 4 ثم قس طول الخيط من قمة األنبوب إلى السدادة وسجل نصف القطر r في العمود الخاص بالمحاولة الثالثة في الجدول 2. احلركة ف بعدين 31
6 مختبر - 1 6 البيانات والم شاهدات m = الجدول 1 عدد الزمن الدورات t (s) n القوة F قراءة الميزان الناب ضي )N( ن صف القطر لارعة اللادادة التلاارع المركزي a C (m/s 2 ) v (m/s) r (m) 30 30 30 رقم المحاولة 1 2 3 الجدول 2 عدد الزمن الدورات t رقم المحاولة القوة F قراءة الميزان الناب ضي ن صف القطر لارعة اللادادة التلاارع المركزي a C v r (m/s 2 ) (m/s) (m) (s) n 30 30 30 (N) 1 2 3 التحليل واال ستنتاج 1.1 احسب سرعة السدادة لكل محاولة في الجدولين 1 و 2 باستعمال العالقة التالية: v = n2πr t ثم سج ل السرعة المحسوبة لكل محاولة في الجدولين 1 و 2. وضح طريقة الحساب. 32 احلركة ف بعدين
6 مختبر - 1 6 2. احس ب قيمة التس ارع المرك زي لكل محاولة في الجدولين 1 و 2 ثم س جلها ف ي الجدولين 1 و 2. وضح طريقة الحساب. 3. ما الذي تشير إليه بياناتك بالنسبة للعالقة بين القوة المركزية والتغي ر في السرعة عند ثبات نصف قطر الحركة الدائرية 4. م ا ال ذي تش ير إلي ه بياناتك بالنس بة للعالقة بين نص ف قطر الحرك ة الدائرية والتغير في الس رعة عن د ثبات القوة المركزية 5. استعمل ورقة الرسم البياني في الصفحة التالية لرسم القوة )قراءة الميزان النابضي( مع التسارع المركزي باستعمال جميع القراءات في الجدولين 1 و 2. 6. حل ل الرسم الناتج مبين ا هل هنالك نمط معيا ن في هذا الرسم وماذا يعني هذا النمط 7. اكتب معادلة رياضية توضح العالقة بين قوة النابض )قراءة الميزان النابضي( والتس ارع المركزي للس دادة. بم تخبرك هذه المعادلة عن قوة النابض احلركة ف بعدين 33
6 مختبر - 1 6 التو سع والتطبيق 1.1 بر ر تسجيل زمن 30 دورة لتقليل الخطأ في حساب سرعة السدادة في حين تستعمل في تجارب أخرى تكرار المحاوالت 30 مرا ة وتحسب المتوسط الحسابي للبيانات بوصفه طريقة لتقليل األخطاء العشوائية المرتبطة بالقياسات. لماذا لم تستعمل الطريقة الثانية في هذه التجربة القوة (N) F a C التسارع المركزي ) 2 (m/s 34 احلركة ف بعدين
مختبر - 2 6 ال سرعة الن سبية 6 احتياطات ال سالمة املواد واالأدوات سكة عربة أقالم ملو نة عربتان سرعتاهما ثابتتان ورق رسم بياني مؤقت ذو شريط شريط ورقي للمؤقت الف صل لقد درست حتى اآلن حركة األجسام في أطر مرجعية ثابتة فمثال عندما تقف على الرصيف يمكنك تحديد السرعة المتوسطة لسيارة بقياس الزمن الذي تستغرقه السيارة لقطع مسافة معينة. ولكن كيف يمكنك تحديد سرعة سيارة تمر بجانبك إذا كنت في سيارة أخرى تتحرك في االتجاه المعاكس إحدى الطرائق تكون بقياس سرعة السيارة المقابلة بالنسبة لك ثم طرح سرعة سيارتك كما يبينها عد اد السرعة أي سرعة سيارتك بالنسبة للطريق. وباستعمال هذا األسلوب فإن معادلة سرعة السيارة األولى هي: v C1 /S = v C 1 /C 2 - v C2 /S C 2 للسيارة الثانية وS للطريق. سوف C 1 للسيارة األولى حيث ترمز تدرس في هذه التجربة الحركة النسبية باستعمال سكة عربة وعربتين سرعتاهما ثابتتان ومؤقت ذي شريط. وباستعمال المؤقت ستتمكن من قياس موقع إحدى العربتين بالنسبة لألخرى عند فترات زمنية محددة وذلك عندما تتحرك العربة األولى مبتعدة عن الثانية. وسوف تستعمل قياسات الموقع والزمن هذه لتحديد سرعة العربة األولى بالنسبة للعربة الثانية. ا أالهداف ي ت وقع بعد تنفيذ هذه التجربة أن تكون قادر ا على أن: تجمع بيانات السرعة النسبية لمركبتين. ترسم بياني ا الحركة النسبية على منحنى الموقع - الزمن. تتوقع أثر اإلطار المرجعي المتسارع في حركة جسم يتحرك بسرعة منتظمة. احلركة ف بعدين 35
6 مختبر - 2 6 الخطوات A. التح ضير 1.1 اضبط المؤقت عند أقل ترد د وسج ل هذا التردد في الجزء الخاص بالبيانات والمشاهدات. 2. ثب ت المؤقت جيد ا بالعربة الثانية. 3. اضبط سرعة كل من العربتين بحيث تقطع كل منهما سكة العربة كاملة )تقريب ا 2m( في زمن 10 s.s 2- سرعة B. العربة في المختبر ك إاطار مرجعي ثابت 1.1 رتب السكة والعربتين ثابتتي السرعة كما في الشكل A وثب ت العربة الثانية على السكة. شريط المو قت مو قت ذو شريط العربة الا ولى سكة عربة العربة الثانية مثبتة علي السكة الشكل A 2. اقطع جزء ا من ش ريط المؤقت طوله مس او طول الس كة وثبت هذا الش ريط في العربة األولى وضعها إلى جوار العربة الثانية بحيث تبدأ حركتها مبتعدة عن العربة الثانية. ثم أدخل شريط المؤقت من خالل المؤقت الموجود على العربة الثانية على أن يكون جزء الش ريط الموجود بين العربة والمؤقت مش دود ا ودع الجزء المتبقي من الشريط حر ا وتأكد أنه لن ينثني أو ينقطع عند بدء الحركة. 3. ش غ ل المؤقت والعربة األولى في اللحظة نفس ها. وعندما تصل العربة نهاية الس كة أوقف تش غيل المؤقت والعربة. 4. ضع دائرة حول كل نقطة على ش ريط المؤقت تريد اس تعمالها بوصفها نقطة بيانات. إذا كانت النقاط متقاربة عل ى ش ريط البيانات فق د تختار نقطة وتترك التي تليه ا أو قد تترك نقطتين بعده ا أو ثالثة... وهكذا )انظر الشكل أدناه(. اكتب عدد النقاط N التي سوف تستعملها في الجزء B فوق الجدول 1. N = 5 36 احلركة ف بعدين
6 مختبر - 2 6 5. اب دأ م ن النقطة األقرب إل ى العربة األولى )النقط ة 0( ثم قس المس افة إلى نقطة البيانات الثانية وس جلها بوصفها تغير اإلزاحة للنقطة البيانية 1 في الجدول 1. 6. قس المس افة من نقطة البيانات 1 إلى نقطة البيانات 2 وس جلها بوصفها تغير اإلزاحة للنقطة البيانية 2 وكر ر هذه الخطوة بقياس المسافة من نقطة البيانات 2 إلى نقطة البيانات 3 وهكذا حتى يصبح لديك تسعة تغيرات في اإلزاحات مقيسة ومدو نة. سرعة C. العربة في إاطار مرجعي متحرك 1.1 رت ب العربتين على السكة كما في الشكل B. شريط المو قت مو قت ذو شريط العربة الا ولى سكة عربة العربة الثانية الشكل B 2. قص قطعة من ش ريط المؤقت مس اوية في الطول لس كة العربة وثبت أحد طرفيه في العربة األولى. ثم ضع العربتين في وضع متعاكس في منتصف السكة بحيث تتحركان إحداهما مبتعدة عن األخرى. وأدخل الطرف اآلخر لشريط المؤقت في المؤقت كما في الخطوة B2. 3. ش غ ل العربتين والمؤقت في اللحظة نفس ها. وعند وصول إحدى العربتين إلى نهاية المس ار أوقف تش غيل المؤقت والعربتين. 4. استخدم الجدول 2 لتسجيل بيانات الجزء C. 5. حد د كما في الخطوة B4 عدد النقاط N وسج ل ذلك في بيانات الجزء C في الجدول 2. 6. ابدأ بأقرب نقطة للعربة األولى في شريط المؤقت وسم ها النقطة 0 ثم قس المسافة بينها وبين نقطة البيانات التي تليها وسجلها بوصفها تغير اإلزاحة للنقطة البيانية 1 في الجدول 2. 7. كر ر القياسات كما في الخطوة B6 لتسعة تغيرات إضافية في اإلزاحة. احلركة ف بعدين 37
الجدول 1 البيانات والم شاهدات تردد المؤقت f(hz) = الزمن الكلي t (s) الفترة الزمنية T (s) االملاحة الكلية d (cm) تغير االملاحة (cm) الجزء B عدد النقاط = N النقطة البيانية 0.0 0.0 0.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 الزمن الكلي t (s) الفترة الزمنية T (s) الجدول 2 االملاحة الكلية d (cm) 6 مختبر - 2 6 تغير االملاحة (cm) الجزء C عدد النقاط = N النقطة البيانية 0.0 0.0 0.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 38 احلركة ف بعدين
6 مختبر - 2 6 التحليل واال ستنتاج 1.1 احسب اإلزاحة الكلية لكل نقطة بيانية في الجدولين 1 و 2 بإضافة التغير في إزاحة تلك النقطة إلى اإلزاحة الكلية للنقطة السابقة ثم دو ن النتائج في الجدولين 1 و 2. وضح طريقة الحساب في الفراغ المخصص أدناه. 2. احس ب طول الفترة الزمنية بقس مة عدد الفت رات الزمنية بين نقطتين بيانيتين متتاليتي ن من نقاط البيانات على تردد المؤقت T. = N/f ثم سجل هذه القيمة بوصفها الفترة الزمنية لكل نقطة بيانية في الجدولين 1 و 2 ثم احس ب الزمن الكلي لكل نقطة بيانية في الجدولين 1 و 2 بإضافة الفترة الزمنية لتلك النقطة إلى الزمن الكلي للنقطة البيانية السابقة ثم سجل النتائج في الجدولين 1 و 2. وضح طريقة الحساب في الفراغ أدناه. 3. استعمل ورقة رسم بياني وقلم تلوين لرسم بيانات العمود d وبيانات العمود t في الجدول 1 لإلطار المرجعي الثاب ت. ثم ارس م العالقة بي ن بيانات العمود d وبيانات العمود t لإلط ار المرجعي المتحرك في الجدول 2 على ورقة الرسم البياني نفسها بلون مختلف. 4. استعمل الرسمين لتحديد سرعة العربة األولى في كل إطار مرجعي. v = v = المختبر بوصفه إطار ا مرجعي ا ثابت ا: إطار مرجعي متحرك: 5. قارن في كل إطار مرجعي السرعة النسبية للعربة األولى بالنسبة للعربة الثانية. احلركة ف بعدين 39
6 مختبر - 2 6 6. استنتج أثر حركة العربة الثانية في القياسات التي تم الحصول عليها بواسطة المؤقت. التو سع والتطبيق 1.1 إذا أ عيد الجزء C من التجربة بسيارات حقيقية وكان هناك مراقب في السيارة الثانية ال يعلم أنها تتحرك فماذا سيشاهد 2. تخي ل أن ك أجريت تجربة العربة بحيث تس ير العربة األولى بس رعة منتظم ة في حين تتس ارع العربة الثانية )المثب ت عليه ا المؤقت( بعيد ا عن العربة األولى فكيف تبدو البيانات التي يس جلها المؤقت وماذا يكون تفسير شخص ينظر إلى الشريط فقط 40 احلركة ف بعدين
... الف صل 7 مختبر - 1 7 هل كتلة الق صور ت ساوي كتلة الجاذبية يتكون البندول من جسم معلق بحامل ثابت لذا يتأرجح الجسم بحرية بتأثير الجاذبية. وعند مراقبة البندول تالحظ أن تأرجحه له زمن دوري ثابت وهو الزمن الذي يستغرقه لحدوث اهتزازة أو ذبذبة كاملة ذهاب ا وإياب ا. وبخالف حركة المقذوفات فإن للبندول حركتين أفقية ورأسية مترابطتين مع ا. ولكي يتحرك البندول مسافة معينة إلى أسفل فإن عليه أن يقطع مسافة معينة في االتجاه األفقي. وتبع ا لقانون نيوتن الثاني يمكن وضع معادلة للزمن الدوري للبندول على أن تكون زاوية التأرجح صغيرة وهي الزاوية التي يصنعها خيط طوله l مثبت في نهايته جسم كتلة الجاذبية له m G وكتلة القصور له m. I T = 2π m I l m G g اعتبر إسحاق نيوتن أن كتلة القصور هي كمية المادة في الجسم. وخالل سعيه العلمي لفهم قوة الجاذبية أجرى تجارب على البندول والحظ من هذه التجارب أن أجسام ا ذات كتل جاذبية متساوية ومصنوعة من مواد مختلفة لها كتل القصور نفسها )كمية المادة( وهذا يؤدي إلى أن البندوالت المصنوعة من مواد مختلفة يكون لها الزمن الدوري نفسه. وهذا يعني أن كتلة الجاذبية لمادة ما تساوي كتلة القصور لها وأن نسبة إحداهما إلى األخرى تساوي واحد ا. m I m = 1 G إذا كان ذلك صحيح ا فإن معادلة الزمن الدوري للبندول ال تعتمد على الكتلة مطلق ا ومن ثم تصبح المعادلة: T = 2π l g احتياطات ال سالمة املواد واالأدوات ميزان قياس الكتلة خط اف حلقة لوصل الخطاف مسطرة مستوية منقلة حامل قائم الزاوية خيط قضيبان داعمان كوب ذو مقبض ساعة إيقاف كتل متساوية من مواد مختلفة كتل مختلفة من المادة نفسها ستبين من خالل هذه التجربة المشابهة لتجربة نيوتن أن األجسام ذات كتل الجاذبية المتساوية والمصنوعة من مواد مختلفة لها كتل اجلاذبية 41