ماهية مادة الفيزياء :
دراسة الظواهر الطبيعية تجريبيا ً عن طريق ملاحظتها المباشرة والقياس الدقيق لاستنتاج القوانين والوصول إلى نظريات شاملة تساعد على فهم هذه الظواهر ، من هذه الظواهر الطبيعية : الميكانيكا – الصوت – الضوء – الحرارة – المغناطيسية .
# ثانيا ً - كيفية حل المسائل الحسابية :
إليك أخي الطالب بعض الخطوات المقترحة في حل المسائل الحسابية :
1. قراءة المسألة بتركيز وتمهل :
مثال : تحركت سيارة بسرعة (10 m/s) في زمن قدرة دقيقتين ، فكم المسافة المقطوعة
2. كتابة المعطيات والمطلوب كرموز :
3. سرعة السيارة = (V = 10 m/s)
4. زمن الحركة = (T = 2 min)
5. المسافة المقطوعة = ف = ؟
6. إجراء تحويل وحدات القياس إن وجد :
زمن الحركة (T = 2 min = 2x60 = 120 s)
7. كتابة القانون الخاص بالمطلوب والتعويض فيه :
المسافة التي قطعتها السيارة = سرعة السيارة × زمن قطع السيارة تلك المسافة
المسافة = السرعة × الزمن D = V x T
D = 10 x 120
8. يجب كتابة وحدة قياس الناتج :
المسافة التي قطعتها السيارة خلال 120 ثانية هي : (D = 1200 m)
مفهوم الاستقصاء :
الاستقصاء يركز على أن يكون الطالب متعلماً نشطاً يفكر ويعمل ويتوصل إلى المعرفة بنفسه ويخطط لحل المشكلات التي يوضع في مواجهتها ويعمل على انجاز هذه الخطط .
# رابعاً - كيفية مذاكرة الفيزياء :
إليك أخي الطالب بعض الخطوات المقترحة لمذكرة مادة الفيزياء :
1. قراءة الدرس قبل الحصة .
2. التركيز في الحصة أثناء الشرح .
3. مراجعة الدرس وحل الواجب المنزلي .
4. حفظ التعاريف والقوانين والمعلومات النظرية .
5. تكرار حل المسائل الحسابية حتى تـُفهم .
# خامساً : الفيزياء والانجليزي :
الرموز والقوانين والأرقام في المادة تدرس باللغة الانجليزية لتسهيل التعامل مع المراجع ، مع الوقت تكون أسهل في التعامل .
# سادساً : محتويات دفتر الطالب :
يحتوي الدفتر على الأمثلة والأسئلة والمسائل الحسابية للدروس .
# ملاحظة مهمة :
يحتوي هذا الدفتر على النقاط الأساسية وبالتالي لا غنى عن أخذ الدرس من المصدر الأساسي وهو الكتاب .
الدرس(1) : تفاعلات المجالات الكهربائية والمغناطيسية والمادة
الدرس(2) : المجالات الكهربائية والمغناطيسية في الفضاء
الدرسـ(1)
(1-7) تفاعلات المجالات الكهربائية والمغناطيسية والمادة
مثالـ(1) صـ(12) :
يتحرك إلكترون كتلته (9.11x10-31 kg) بسرعة (2.0x105 m/s) داخل أنبوب أشعة المهبط عمودياً على مجال مغناطيسي مقداره (3.5x10-2 T) . فإذا فصل المجال الكهربائي ، فما مقدار نصف قطر المسار الدائري الذي سلكه للإلكترون ؟
مسائل تدريبية صـ(12) :
افترض أن الجسيمات المشحونة جميعها تتحرك عمودياً على المجال المغناطيسي المنتظم .
1) يتحرك بروتون بسرعة (7.5x103 m/s) عمودياً على مجال مغناطيسي مقداره (0.60 T) . احسب نصف قطر مساره الدائري . لاحظ أن الشحنة التي يحملها البروتون مساوية للشحنة التي يحملها الإلكترون إلا أنها موجبة ؟
2) تتحرك إلكترونات خلال مجال مغناطيسي مقداره (6.0x10-2 T) ، اتزنت بفعل مجال كهربائي مقداره (3.0x103 N/C) . فما مقدار سرعة الإلكترونات عندئذ ؟
.....................................................................................
3) احسب نصف قطر المسار الدائري الذي تسلكه الإلكترونات في المسألة السابقة في غياب المجال الكهربائي .
4) عبرت بروتونات مجال مغناطيسي مقداره (0.60 T) فلم تنحرف بسبب اتزانها مع مجال كهربائي مقداره (4.5x103 N/C) . ما مقدار سرعة هذه البروتونات ؟
مثالـ(2) صـ(15) :
ينتج مشغل مطياف الكتلة حزمة ذرات نيون التأين (+2) . حيث تُسرع هذه الحزمة أولا بوساطة فرق جهد مقداره (34 V) ، ثم إدخالها في مجال مغناطيسي مقداره (0.05 T) ، فتنحرف في مسار دائري نصف قطره (53 mm) . أوجد كتلة ذرة النيون إلى أقرب عدد صحيح من كتلة البروتون .
مسائل تدريبية صـ(15) :
5) تمر حزمة من ذرات أكسجين أحادية التأين (+1) خلال مطياف الكتلة . فإذا كانت : (B=7.2x102 T) ، (q=1.60x10-19 C) ، (r=0.085 m) ، (V=110 V) فأوجد كتلة ذرة الأكسجين .
6) يحلل مطياف كتلة و ويزود ببيانات عن حزمة من ذرات أرجون ثنائية التأين (+2) . إذا كانت قيم كل (v,r,q,B) ، كما يأتي : (q=2(1.60x10-19 C) ، (r=0.106 m) ، (B=5.0x10-2 T) ، (V=66.0 V) فأوجد كتلة ذرة الأرجوان .
7) تمر حزمة من ذرات ليثيوم أحادية التأين (+1) خلال مجال مغناطيسي مقداره (1.5x10-3 T) متعامد مع مجال كهربائي مقداره (6.0x102 N/C) ولا تنحرف . أوجد سرعة ذرات الليثيوم التي تمر خلال المجالين ؟
8) تم تحديد كتلة نظير النيون في المثال (2) . فإذا وجد أن هناك نظيراً آخر للنيون كتلته تعادل كتلة (22) بروتوناً فما المسافة بين نقطتين سقوط النظيرين على الفيلم الفوتوجرافي الحساس ؟
(1-7) مراجعة صـ(16) :
9) صف كيف يعمل أنبوب أشعة المهبط على تكوين حزمة إلكترونات ؟
10) يحسب نصف قطر المسار الدائري لأيون في مطياف الكتلة بوساطة العلاقة : (r=(1/B)√(2mV/q)) . استخدم هذه العلاقة لبيان كيف يعمل مطياف الكتلة على فصل الأيون ذات الكتل المختلفة بعضها عن بعض .
11) باستعمال مطياف الكتلة الحديث يمكن تحليل الجزيئات التي تعادل كتلتها كتلة مائة بروتون . إذا تم إنتاج أيونات أحادية التأين من هذه الجزيئات باستخدام الجهد المسارع نفسه فكيف يجب أن يكون التغير في المجال المغناطيسي للمطياف بحيث تصطدم الأيونات بالفيلم ؟
12) يتحرك بروتون بسرعة (4.2x104 m/s) لحظة مروره داخل مجال مغناطيسي مقداره (1.2 T) . احسب نصف قطر مساره الدائرة .
13) تم تسريع حزمة ذات أكسجين ثنائية التأين (+2) بوساطة فرق جهد مقداره (232 V) ، وعندما عبرت مجالاً مغناطيسياً مقداره (75 mT) ، سلكت مساراً منحنياً نصف قطره (8.3 cm) . أوجد مقدار كتلة ذرة الأكسجين ؟
14) بغض النظر عن طاقة الإلكترونات المستخدمة لإنتاج الإيونات لم يتمكن تومسون مطلقاً من تحرير أكثر من إلكترون واحد من ذرة الهيدروجين ، ما الذي استنتجه تومسون عن الشحنة الموجبة لذرة الهيدروجين ؟
الدرسـ(2)
(2-7) المجالات الكهربائية والمغناطيسية في الفضاء
مسائل تدريبية صـ(18) :
15) ما مقدار سرعة موجة كهرومغناطيسية في الهواء إذا كان ترددها (3.2x1019 Hz) ؟
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
16) ما طول موجة الضوء الأخضر إذا كان تردده (5.70x1014 Hz) ؟
17) ما طول موجة كهرومغناطيسية ترددها (8.2x1014 Hz) ؟
18) ما تردد موجة كهرومغناطيسية طولها الموجي (2.2x10-2 m) ؟
مسائل تدريبية صـ(19) :
19) ما مقدار سرعة الموجة الكهرومغناطيسية المتنقلة في الهواء ؟ استخدام (c=299792458 m/s) في حسابك .
20) إذا كان ثابت العزل الكهربائي للماء (1.77) فما مقدار سرعة انتقال الضوء في الماء ؟
21) إذا كانت سرعة الضوء خلال مادة يساوي (2.43x108 m/s) فما مقدار ثابت العزل الكهربائي للمادة ؟
مسألة تحفيز صـ(21) :
يشكل الضوء المرئي جزءاً بسيطاً فقط من الطيف الكهرومغناطيسي . وأطوال الموجات لبعض ألوان الضوء المرئي موضحة في الجدول (1-7) صـ(21) :
1) أي ألوان الضوء له أكبر طول موجي ؟
2) أي الألوان ينتقل أسرع في الفراغ ؟
3) تحيد الموجات ذات الطول الموجي الأكبر حول الأجسام التي تعترض مساراتها أكثر من الموجات ذات الطول الموجي الأقصر . أي الألوان سيحيد بدرجة أكبر ، وأيها سيحيد بدرجة أقل ؟
4) احسب مدى التردد لكل لون من ألوان الضوء المعطاة في الجدول .
(2-7) مراجعة صـ(25) :
22) وضح كيف يمكن للموجات الكهرومغناطيسية أن تنتشر في الفضاء .
23) ما تردد موجة كهرومغناطيسية طولها الموجي (1.5x10-5 m) ؟
24) تحتوي هوائيات التلفاز عادة على قضبان فلزية أفقية . استناداً إلى هذه المعلومات ما استنتاجك حول اتجاهات المجالات الكهربائية في إشارات التلفاز ؟
25) لبعض قنوات التلفاز ترددات أقل من ترددات حزمة (FM) في المذياع ، في حين أن قنوات أخرى لها ترددات أكبر كثيراً . ما الإشارة التي تحتاج إلى هوائي أطول : القنوات ضمن المجموعة الأولى أم القنوات ضمن المجموعة الثانية ؟ علل إجابتك .
26) إذا كانت سرعة الضوء في مادة مجهولة هي (1.98x108 m/s) فما مقدار ثابت العزل الكهربائي للمادة المجهولة ؟ علما بأن سرعة الضوء في الفراغ تساوي (3.0x108 m.s) .
27) تحجب معظم الأشعة فوق البنفسجية (UV) الناتجة عن الشمس بوساطة طبقة الأوزون في الغلاف الجوي للأرض . اكتشف العلماء في السنوات الأخيرة أن طبقة الأوزون فوق القطب الجنوبي وفوق المحيط المتجمد الشمالي أصبحت رقيقة . استخدم ما تعلمته عن الموجات الكهرومغناطيسية والطاقة لتوضح لماذا يشعر بعض العلماء بقلق بالغ من استنزاف طبقة الأوزون
خريطة المفاهيم صـ(30) :
28) أكمل خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات والرموز الآتية : c ، E ، مجال مغناطيسي .
اختبار مقنن صـ(34) :
1) عندما يتحرك جسيم مشحون في مسار دائري فإن :
a) القوة المغناطيسية تكون موازية للسرعة المتجهة ، وموجهة نحو مركز المسار الدائري
b) القوة المغناطيسية قد تكون متعامدة مع السرعة المتجهة وموجهة بعيداً عن مركز المسار الدائري
c) القوة المغناطيسية تكون دائماً موازية للسرعة المتجهة وموجهة بعيداً عن مركز المسار الدائري
d) القوة المغناطيسية تكون دائماً عمودية على السرعة المتجهة وموجهة نحو مركز المسار الدائري
2) إذا كان نصف قطر مسار حركة بروتون يتحرك داخل مجال مغناطيسي منتظم مقداره (0.01 T) يساوي (66 cm) فما مقدار السرعة المتجهة للبروتون ؟
3) إذا كان ثابت العزل الكهربائي للميكا (5.4) ، فما مقدار سرعة الضوء في الميكا ؟
4) تبث محطة راديوية موجاتها بطول موجي (2.87 m) ما مقدار تردد هذه الموجات ؟
5) في أي الحالات الآتية لا تتولد موجة كهومغناطيسية ؟
a) فولتية تيار مستمر (DC) يطبق على بلورة كوارتز لها خاصية الكهرباء الإجهادية
b) تيار يمر خلال سلك موضوع داخل أنبوب بلاستيكي
c) تيار يمر خلال دائرة ملف ومكثف يعد تجويفاً رناناً يحجم الجزيء
d) إلكترونات ذات طاقة كبيرة تصطدم بالهدف الفلزي في انبوب أشعة سينية
6) تتحرك حزمة بروتونات عمودياً على مجال مغناطيسي مقداره (0.45 T) في مسار دائري نصف قطره (0.52 m) ، فإن كانت كتلة كل بروتون تساوي (1.67x10-27 kg) فما مقدار سرعة البروتونات المكونة للحزمة ؟
7) يتحرك ديوترون (نواة الديوتيريوم) كتلته (3.4x10-27 kg) وشحنته (+e) . في مسار دائري نصف قطره (0.0400 m) داخل مجال مغناطيسي مقداره (1.5 T) ما مقدار سرعته ؟
الدرسـ(1)
(1-8) النموذج الجسيمي للموجات
مثالـ(1) صـ(44) :
إذا كان جهد الإيقاف لخلية ضوئية معينة (4.0 V) فما مقدار الطاقة الحركية التي يكتسبها الضوء الساقط للإلكترونات المتحررة ؟ عبّر عن إجابتك بوحدتي الجول والإلكترون فولت .
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
مسائل تدريبية صـ(44) :
1) ما طاقة إلكترون بوحدة الجول إذا كانت طاقته (2.3 eV) ؟
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
.....................................................................................
2) إذا كانت سرعة إلكترون (6.2x106 m/s) فما طاقته بوحدة (eV) ؟
3) ما سرعة الإلكترون في المسألة(1)؟
4) إذا كان جهد الإيقاف لخلية كهروضوئية (5.7 V) فاحسب الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات المتحررة بوحدة (eV) .
5) يلزم جهد إيقاف مقداره (3.2 V) لمنع سريان التيار الكهربائي في خلية ضوئية . احسب الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات الضوئية المتحررة بوحدة الجول .
مسألة تحفيز صـ(45) :
افترض أن قطعة نقدية كتلتها (5.0 g) معلقة بنابض تهتز إلى أعلى وإلى أسفل ، وكانت السرعة القصوى لهذه القطعة في أثناء اهتزازها (1.0 cm/s) . اعتبر أن قطعة النقد المهتزة تُنمذج الاهتزازات الكمية للإلكترونات في الذرة ، حيث تعطي طاقة الاهتزازات بالمعادلة (E=nhf) :
1) احسب الطاقة الحركية العظمى للجسم المهتز
2) يبعث الجسم المهتز طاقة على شكل ضوء بتردد (5.0x1014 Hz) إذا كانت هذه الطاقة تُبعث في مرحلة واحدة فاحسب الطاقة التي يفقدها الجسم
3) حدد عدد المراحل التي ستقل فيها طاقة الجسم بمقادير متساوية من أجل أن يفقد طاقته كلها
مثالـ(2) صـ(46) :
تستخدم خلية ضوئية مهبطاً من الصوديوم . فإذا كان طول موجة العتبة (λ0) لمهبط الصوديوم (536 nm) :
a) احسب اقتران الشغل للصوديوم بوحدة
b) إذا سقط إشعاع فوق بنفسجي طوله الموجي (348 nm) على الصوديوم فما طاقة الإلكترونات المتحررة بوحدة eV ؟
مسائل تدريبية صـ(46) :
6) احسب تردد العتبة للزنك بوحدة (Hz) واقتران الشغل بوحدة (eV) إذا كان طول موجة العتبة للزنك (310 nm) .
7) ما مقدار الطاقة الحركية بوحدة (eV) للإلكترونات المتحررة من السيزيوم عندما يسقط عليه ضوء بنفسجي طوله الموجي (425 nm) إذا كان اقتران الشغل له (1.96 eV) .
8) تتحرر من فلز إلكترونات بطاقات (3.5 eV) عندما يضاء بإشعاع فوق بنفسجي طوله الموجي (193 nm) . ما مقدار اقتران الشغل لهذا الفلز ؟
9) إذا كان اقتران الشغل لفلز (4.50 eV) فما مقدار أكبر طول موجي للإشعاع الساقط عليه بحيث يكون قادراً على تحرير إلكترونات منه ؟
(1-8) مراجعة صـ(48) :
10) لماذا يكون الضوء ذو الشدة العالية والتردد المنخفض غير قادر على تحرير إلكترونات من فلز ، في حين أن الضوء ذا الشدة المنخفضة والتردد العالي يستطيع ذلك ؟ فسّر إجابتك .
11) كيف يتغير تردد الإشعاع المقابل لأعلى شدة عندما ترتفع درجة حرارة الجسم ؟ وكيف تتغير الكمية الكلية للطاقة المنبعثة ؟
12) سلّط عالم أشعة(X) على هدف ، فانطلق إلكترون من الهدف دون أن ينبعث أي إشعاع آخر . وضّح ما إذا كان هذا الحدث ناتجا عن التأثير الكهروضوئي أم تأثير كومبتون .
13) ميّز بين التأثير الكهروضوئي وتأثير كومبتون .
14) اصطدم ضوء أخضر (λ=532 nm) بفلز ما ، فحرر إلكترونات منه . إذا تم إيقاف هذه الإلكترونات باستخدام فرق جهد (1.44 V) ، فما مقدار اقتران الشغل للفلز بوحدة (eV) ؟
15) تنبعث فوتونات طولها الموجي (650 nm) من مؤشر ليزر . ما مقدار طاقة هذه الفوتونات بوحدة (eV) ؟
16) امتُصّت أشعة(X) في عظم ، وحررت إلكترونا . إذا كان الطول الموجي لأشعة(X) (0.02 nm) تقريباً ، فقدر طاقة الإلكترون بوحدة (eV) .
17) أسقطت أشعة(X) على عظم ، فاصطدمت بإلكترون فيه وتشتت . كيف تقارن بين الطول الموجي لأشعة(X) المشتتة والطول الموجي لأشعة(X) الساقطة ؟
18) تخيل أن تصادم كرتي بلياردو ينمذج التفاعل الذي يحدث بين فوتون وإلكترون خلال تأثير كومبتون . افترض أن بروتونا – وكتلته أكبر كثيراً من كتلة الإلكترون – وُضع بدلاً من الإلكترون ، فهل تكون الطاقة التي يكتسبها البروتون نتيجة التصادم مساوية لتلك التي يكتسبها الإلكترون ؟ وهل تكون الطاقة التي يفقدها الفوتون مساوية لتلك التي يفقدها عندما يتصادم بالإلكترون ؟
الدرسـ(2)
(2-8) موجات المادة
مثالـ(3) صـ(50) :
إذا تسارع إلكترون خلال فرق جهد (75 V) ، فما مقدار طول موجة دي برولي المصاحبة له ؟
مسائل تدريبية صـ(50) :
19) تتدرج كرة بولنج كتلتها (7.0 kg) بسرعة (8.5 m/s) ، أجب عما يلي :
a) ما مقدار طول موجة دي برولي المصاحبة للكرة ؟
b) لماذا لا تُظهر كرة البولنج سلوك موجي ملاحظ ؟
20) إذا تسارع إلكترون خلال فرق جهد (250 V) ، فاحسب مقدار سرعته وطول موجة دي برولي المصاحبة له .
21) ما مقدار فرق الجهد اللازم لمسرعة إلكترون بحيث يكون طول موجة دي برولي المصاحبة له (0.125 nm) ؟
22) طول موجة دي برولي للإلكترون في المثال(3) يساوي (0.14 nm) . ما مقدار الطاقة الحركية بوحدة (eV) لبروتون (m=1.67x10-27 kg) إذا كان له الطول الموجي نفسه ؟
(2-8) مراجعة صـ(51) :
23) صف التجربة التي أثبتت أن للجسيمات خصائص موجية .
24) فسّر لماذا لا تظهر الطبيعة الموجية للمادة ؟
25) ما مقدار طول موجي دي برولي المصاحبة لإلكترون يتسارع خلال فرق جهد (125 V) ؟
26) عندما يصطدم إلكترون بجسيم ثقيل فإن سرعة الإلكترون وطول موجته يتناقصان . بناء على ذلك ـ كيف يمكن زيادة الطول الموجي لفوتون ؟
27) عندما يمر ضوء أو حزمة من ذرات خلال شق مزدوج فإنه يتكون نمط تداخل . وتحدث كلتا النتيجتين حتى عندما تمر الذرات أو الفوتونات خلال الشقين في الوقت نفسه . كيف يفسر مبدأ عدم التحديد لهيزنبرج ذلك ؟
28) ابتكر الفيزيائيون مؤخراً محزوز حيود للموجات الضوئية الموقوفة (المستقرة) . وتكوِّن الذرات التي تمر خلال المحزوز نمط تداخل . إذا كانت المسافة الفاصلة بين الشقوق (1/2λ) (250 nm) تقريباً فما مقدار طول موجة دي برولي المصاحبة للذرات تقريباً ؟
التقويم صـ(56) :
29) أكمل خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات التالية : الطبيعة المزدوجة ، الكتلة ، الخصائص الموجية ، الزخم ، الحيود .
الاختبار المقنن صـ(61) :
1) يتغير مستوى الطاقة لذرة عندما تمتص وتبعث طاقة . أي الخيارات الآتية لا يمكن أن يمثل متوى طاقة لذرة ؟
a) 3/4hf b) Hf c) 3hf d) 4hf
2) كيف يرتبط تردد العتبة مع التأثير الكهروضوئي ؟
a) أنه أقل تردد للإشعاع الساقط اللازم لتحرير الذرات من مصعد الخلية الضوئية
b) أنه أكبر تردد للإشعاع الساقط اللازم لتحرير الذرات من مصعد الخلية الضوئية
c) أنه تردد الإشعاع الساقط ، والذي يحرر إلكترونات من الذرة عند ترددات أقل منه
d) أنه أقل تردد الإشعاع الساقط اللازم لتحرير إلكترونات من الذرة
3) ما طاقة فوتون تردده (1.14x1015 Hz) ؟
4) يسقط إشعاع طاقته (5.17 eV) على خلية ضوئية كما هو موضح في الشكل صـ(61) . إذا كان اقتران الشغل لمادة المهبط (2.31 eV) فما مقدار طاقة الإلكترون المتحرر ؟
5) يتسارع إلكترون خلال فرق جهد (95.0 V) ، كما هو موضح في الشكل صـ(61) . ما مقدار طول موجة دي برولي المصاحبة للإلكترون ؟
6) ما مقدار طول موجة دي برولي المصاحبة لإلكترون يتحرك بسرعة (391 km/s) ؟ (كتلة الإلكترون (9.11x10-31 kg)).
7) ما اقتران الشغل لفلز ؟
a) هو مقياس لمقدار الشغل الذي يستطيع أن يبذله إلكترون متحرر من الفلز
b) يساوي تردد العتبة
c) هو مقدار الطاقة اللازمة لتحرير الإلكترون الداخلي لذرة الفلز
d) هو مقدار الطاقة اللازمة لتحرير الإلكترون الأضعف ارتباطاً في الذرة
8) تحرك جسم بسرعة (45 m/s) ، فكان طول موجة دي برولي المصاحبة له (2.3x10-34 m) ، ما كتلة الجسم بوحدة (kg) ؟
الدرسـ(1)
(1-9) نموذج بور الذري
مثالـ(1) صـ(73) :
تمتص ذرة الهيدروجين طاقة تسبب انتقال إلكترونها من مستوى الطاقة الأدنى (n=1) إلى مستوى الطاقة الثانية (n=2) . احسب طاقة كل من مستوى الطاقة الأول ومستوى الطاقة الثاني ، ثم احسب الطاقة الممتصة بواسطة الذرة .
مسائل تدريبية صـ(74) :
1) احسب طاقة المستويات التالية لذرة الهيدروجين : الثاني ، والثالث ، والرابع .
2) احسب فرق الطاقة بين مستوى الطاقة (E3) ومستوى الطاقة (E2) في ذرة الهيدروجين .
3) احسب فرق الطاقة بين مستوى الطاقة (E4) ومستوى الطاقة (E2) في ذرة الهيدروجين .
.....................................................................................
4) النص الآتي يمثل حل المعادلة للمعادلة (rn=h2n2/(4π2kmq2) عندما (n=1) ، فإن نصف القطر يكون هو الأصغر لمستويات ذرة الهيدروجين . لاحظ أنه – باستثناء (n2) – فإن كل المعطيات الأخرى في المعادلة ثابتة . وقيمة (r1) تساوي (5.3x10-11 m) ، أو (0.053 nm) . استخدم هذه المعلومات في حساب أنصاف أقطار مستويات الطاقة الثاني والثالث والرابع في ذرة الهيدروجين .
5) قطر نواة الهيدروجين (2.5x10-15 m) ، والمسافة بين النواة والإلكترون الأول (5x10-11 m) تقريباً . إذا استخدمت كرة قطرها (7.5 cm) لتمثل النواة فكم يكون بُعد الإلكترون ؟
مثالـ(2) صـ(74) :
ينتقل إلكترون ذرة هيدروجين مثار من مستوى الطاقة الثاني (n=2) إلى مستوى الطاقة الأول (n=1) . احسب الطاقة والطول الموجي للفوتون المنبعث . استخدم قيم (E1) و (E2) من المسألة(1) .
مسائل تدريبية صـ(75) :
6) أوجد الطول الموجي للضوء المنبعث في المسائل (2) و (3) . أي الخطوط في الشكل صـ(68) ترتبط مع كل عملية انتقال ؟
7) في عملية انتقال محدد ، تسقط ذرة الزئبق من مستوى طاقة (8.82 eV) إلى مستوى طاقة (6.67 eV) :
a) ما مقدار طاقة الفوتون المنبعث من ذرة الزئبق؟
b) ما مقدار الطول الموجي للفوتون المنبعث من ذرة الزئبق؟
8) في حالة استقرار أيون الهيليوم تكون الطاقة (-54.4 eV) . ولكي يتم التحول إلى حالة الاستقرار انبعث فوتون طوله الموجي (304 nm) . ما مقدار طاقة الإثارة ؟
مسألة تحفيز صـ(75) :
على الرغم من تفسير نموذج بور للذرة وبدقة لسلوك ذرة الهيدروجين ، إلا أنه لم يكن قادراً على تفسير سلوك أي أخري . تحقق من جوانب القصور في نموذج بور ، وذلك بتحليل انتقال إلكترون في ذرة النيون . فخلافاً لذرة الهيدروجين فإن لذرة النيون عشرة إلكترونات ، وأحد هذه الإلكترونات ينتقل بين مستوى الطاقة (n=5) ومستوى الطاقة (n=3) ، باعثاً فوتوناً في هذه العملية :
1) اعتبر أنه يمكن معاملة إلكترون ذرة النيون كإلكترون في ذرة الهيدروجين ، فما طاقة الفوتون التي يتوقعها نموذج بور ؟
2) اعتبر أنه يمكن معاملة إلكترون ذرة النيون كإلكترون في ذرة الهيدروجين ، فما الطول الموجي الذي يتنبأ به نموذج بور ؟
3) الطول الموجي الحقيقي للفوتون المنبعث خلال عملية الانتقال (632.8 nm) ، ما نسبة الخطأ المئوي لتنبؤ نموذج بور للطول الموجي للفوتون ؟
(1-9) مراجعة صـ(76) :
9) لخص تركيب الذرة بناء على نموذج رذرفورد النووي .
10) فيم تختلف أطياف الانبعاث الذرية للمواد الصلبة المتوهجة والغازات ، وفيم تتشابه ؟
11) فسّر كيف تحفظ الطاقة عندما تمتص ذرة فوتون الضوء ؟
.....................................................................................
12) يسلك أيون الهيليوم سلوك ذرة الهيدروجين ، ونصف قطر مستوى طاقة الأيون الأدنى يساوي (0.0265 nm) . اعتماداً على نموذج بور ، ما مقدار نصف قطر مستوى الطاقة الثاني ؟
13) وضح كيفية حساب طيف الامتصاص لغاز ما . وضح أسباب ظهور الطيف .
14) تم الكشف عن تحول ذرة الهيدروجين من مستوى الطاقة (101) إلى مستوى الطاقة (100) . ما مقدار الطول الموجي للإشعاع ؟ أين يقع هذا الانبعاث في الطيف الكهرومغناطيسي ؟
15) نصف قطر نواة ذرة الهيدروجين (1.5x10-15 m) تقريباً . إذا كنت راغباً في بناء نموذج لذرة الهيدروجين باستخدام كرة بلاستيك (r=5 cm) لتمثل النواة فأين تضع إلكتروناً في مستوى (n=1) ؟ هل يكون موقعه في غرفة صفك ؟
.....................................................................................
الدرسـ(2)
(2-9) النموذج الكمي للذرة
(2-9) مراجعة صـ(83) :
16) أي أجهزة الليزر في الجدول(1-9) صـ(82) تبعث ضوءاً أكثر احمراراً (ضوءاً مرئياً ذا طول موجي كبير) . وأيها يبعث ضوءاً أزرق ؟ وأيها يبعث حزماً ضوئية لا يمكن رؤيتها بالعين ؟
17) وضح ما إذا كان يمكن استخدام الضوء الأخضر لضخ ضوء ليزر أحمر . لماذا لا يستخدم الضوء الأخضر لضخ ضوء ليزر أحمر . لماذا لا يستخدم الضوء الأحمر لضخ الضوء الأخضر ؟
18) ما أوجه القصور في نموذج بور ، على الرغم من توقعه سلوك ذرة الهيدروجين بدقة ؟
19) وضح لماذا تعارض نموذج بور للذرة مع مبدأ عدم التحديد لهيزنبرج ، بينما لم يتعارض النموذج الكمي معه ؟
20) وضح كيف يعمل ليزر الانبعاث المحفز على إنتاج ضوء مترابط ؟
21) ما الخصائص الأربعة لضوء الليزر التي تجعله مفيداً ؟
22) افترض أنه تم الحصول على سحابة صغيرة جداً من الإلكترونات ، بحيث تكون الذرة بحجم النواة تقريباً . استخدم مبدأ عدم التحديد لهيزنبرج لتوضيح لماذا تستهلك كمية هائلة من الطاقة في هذه الحالة ؟
خريطة المفاهيم صـ(88) :
23) أكمل خريطة المفاهيم التالية مستخدماً ما يلي : مستويات الطاقة ، أقطار الإلكترون الثابتة ، نموذج بور ، انبعاث وامتصاص الفوتون ، فرق مستوى الطاقة .