آموزش فصل اول قسمت اول

انرژی: اهداف آموزشی درس فیزیک در آزمایشگاه (1):می دانید که علوم تجربی را می توان به دو شاخه علوم فیزیکی و علوم زیستی تقسیم کرد.فیزی واژه ای یونانی و در لغت به معنای طبیعت است. بنابراین علم فیزیک، پدیده های طبیعی را مورد بحث و بررسی قرار داده و در پی کشف راز و رمز این پدیده هاست. در این شاخه از دانش بشر می کوشد علت بروز هر پدیده را دریابد و به کمک آن رفتار طبیعت را قانونمند ببیند که در نتیجه از یک طرف رفتارهای آینده طبیعت را پیش بینی می کند و از طرف دیگر در فناوری و صنعت با ساخت ابزارها و ماشین ها ، زندگی را انرژی: اهداف آموزشی درس فیزیک در آزمایشگاه (1):می دانید که علوم تجربی را می توان به دو شاخه علوم فیزیکی و علوم زیستی تقسیم کرد.فیزی واژه ای یونانی و در لغت به معنای طبیعت است. بنابراین علم فیزیک، پدیده های طبیعی را مورد بحث و بررسی قرار داده و در پی کشف راز و رمز این پدیده هاست. در این شاخه از دانش بشر می کوشد علت بروز هر پدیده را دریابد و به کمک آن رفتار طبیعت را قانونمند ببیند که در نتیجه از یک طرف رفتارهای آینده طبیعت را پیش بینی می کند و از طرف دیگر در فناوری و صنعت با ساخت ابزارها و ماشین ها ، زندگی را راحت تر و ایمن تر خواهد کرد. علوم فیزیکی به مطالعه و بررسی پدیده های مربوط به ماده و انرژی و رابطه ی آن ها با یکدیگر می پردازد و علوم زیستی همین پدیده ها را در دنیای زنده مورد بررسی قرار می دهد. در علوم فیزیکی، مفهوم ها بیشتر شامل موضوع هایی از فیزیک و شیمی است. شما در این درس با مباحثی چون : 1- ماهیت انرژی انواع آن ، منابع و بهینه سازی مصرف انرژی 2- دما و گرما، تعادل گرمایی 3- الکتریسته ، جسم رسانا و نارسانا، مولد، مقاومت الکتریکی، توان الکتریکی و بهای انرژی الکتریکی 4- بازتاب نور، انتشار نور ، کانون آینه مقعر، محاسبه فاصله تصویر تا آینه ی مقعر 5- شکست نور ، زاویه ی حد ، ویژگی های عدسیهای همگرا، محاسبه ی فاصله ی تصویر تا عدسی و ... آشنا می شوید. درس فیزیک 1 و آزمایشگاه جزء دروس عمومی متوسطه است بنابراین سعی شده است که مبحث هایی از فیزیک که یک شهروند به آن نیاز بیشتری دارد انتخاب آورده شود. در واقع سعی شده است بخشهایی انتخاب شود که دانش آموز را به تفکر وا دارد و با بررسی مسائل راه وروش حل آنها را کشف کند. فصل 1 – انرژی: هنگامی که به اطراف خود نگاه می کنیم، با پدیده های مختلفی مواجه می شویم و سؤال های زیادی برای ما مطرح می شود. با استفاده از علم فیزیک می توان به این پرسشها پاسخ داد. امروزه فیزدانان به بررسی و مطالعه پدیده ها، از ذره های خیلی ریزی همچون اجزای تشکیل دهنده اتم ها گرفته تا اجسام بسیار بزرگی همچون ستارگان و کهکشان ها می پردازند. شکل های (1-1 تا 1-8) نمونه ای از نتایج پژوهش های گسترده فیزیک دانان را نشان می دهد که موجب دگرگونی بینش ما نسبت به جهان شده است. تمرین 1 : الف) در ده دقیقه دوچرخه سواری با سرعت 21km/h چه مقدار انرژی مصرف می شود؟با جدول (1-2) آهنگ مصرف انرژی برای دو چرخه سواری با سرعت 21km/h برابر 42kJ/min تعیین شده است که در این صورت انرژی مصرف شده در ده دقیقه به صورت زیر بدست می آید. E=42×10=420khJ یعنی در ده دقیقه دوچرخه سواری 420 کیلوژول انرژی مصرف می شود. ب ) اگر بازده بدن شخص 15 درصد باشد، با خوردن چه مقدار شیر این انرژی برای او فراهم می شود؟انرژی شیمیایی موجود در شیر 217kj/g می باشد. E=42kj E / E0 = 15/100 => 420 / E0 = 15 / 100 => E 0 = 2800 KJ برای انجام این ورزش لازم است ورزشکار 2800kJ انرژی از شیر بگیرد، پس : m = E 0 / 2/7 = 2800 / 2/7 = 1037 gr => m = 1/037 kg ورزشکار باید 037/1 کیلوگرم شیر بخورد تا بتواند انرژی ده دقیقه دوچرخه سواری را از شیر کسب کند. 1-3- انرژی درونی :به مجموع انرژیهای جنبشی و پتانسیل ذرات یک ماده انرژی درونی آن جسم گویند. هر گاه به ماده گرما بدهیم. انرژی درونی آن افزایش می یابد در اثر مالش دو سطح بر روی یکدیگر مقداری انرژی به انرژی درونی دو جسم تبدیل می شود که به آن اصطلاحاً اصطکاک می گویند. در واقع انرژی حاصل از اصطکاک که به صورت گرما در می آید تلف نشده و فقط انرژی مکانیکی به انرژی درونی تبدیل شده است. تمرین 3 : اتومبیلی به جرم 1000kg با سرعت 20m/s (72km/h) در حال حرکت است. اگر اتومبیل ترمز کند و متوقف شود. چه مقدار انرژی به انرژی درونی جاده و لاستیک ها تبدیل می شود؟وقتی اتومبیلی ترمز می کند، تمام انرژی جنبشی اتومبیل به انرژی درونی جاده و لاستیک ها تبدیل می شود، یعنی تغییر انرژی جنبشی اتومبیل برابر افزایش انرژی درونی جاده و لاستیک ها می باشد. Q = -∆K = -(K2 - K2) K1 = 1/2 mv2 = 1/2 * 1000 * 202 = 200000 J K2 = 0 Q = -(0-200000) = 200000 J قانون پایستگی انرژی , انرژی پتانسیل گرانشی و منابع انرژی و... 1-4 – قانون پایستگی انرژی :انرژی یک جسم هیچ گاه از بین نمی رود و خود به خود نیز بوجود نمی آید و همواره پایسته (ثابت) می ماند، مگر اینکه مقداری از آن را به جسم دیگری بدهد و یا اینکه از جسم دیگر انرژی دریافت کند. در حالی که انرژی پایسته می ماند، ممکن است از یک نوع به نوع دیگر تبدیل شود. تمرین 4: در مثال 3، اگر در اثر ضربه، 5 ژول انرژی به توپ منتقل شود و جرم توپ 5/0 کیلوگرم باشد، سرعت آن چقدر می شود؟ انرژی منتقل شده به توپ برابر انرژی جنبشی توپ در لحظه ای شروع حرکت است ، پس : 1-5- انرژی پتانسیل گرانشی : هر گاه جسمی به جرم m را به ارتفاع h از سطح زمین بالا ببریم، کاری که روی جسم انجام می دهیم به صورت انرژی پتانسیل درآن ذخیره می شود و اگر جسم به سطح اولیه خود باز گردد، همین مقدار کار را پس می دهد. این انرژی پتانسیل گرانشی گویند و از رابطه ی زیر محاسبه می گردد. u=mgh در رابطه بالا M جرم جسم بر حسب کیلوگرم g شتاب گرانشی زمین که برابر 9/8 /s2 است . H ارتفاع از سطح زمین بر حسب متر v انرژی پتانسیل گرانشی جسم بر حسب ژول در رابطه فوق g شتاب گرانشی زمین است که تقریباً در تمام نقاط و سطح زمین مقدار ثابت 9/8 m/s2 است. را دارد که تقریباً برابر 10 m /s2 درنظر گرفته می شود. مقدار g در ارتفاع های بسیار زیاد تغییر می کند. مثال :‌انرژی پتانسیل توپی به جرم 5/0 کیلوگرم که در ارتفاع 2 متری سطح زمین قرار دارد چقدر است؟ تمرین 5 جرمی به جسم 200 گرم را با سرعت 10m/s در راستای قائم به طرف بالا پرتاب می کنیم. با نادیده گرفتن اتلاف انرژی، الف : انرژی جنبشی آن در لحظه ی پرتاب چقدر است؟ ب) جسم تاچه ارتفاعی بالا می رود؟اگر از مقاومت هوا صرف نظر شود در هر لحظه انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل تبدیل می گردد و در نقطه ای اوج که جسم برای یک لحظه ساکن می شود و تمام انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل تبدیل شده است پس می توان نوشت : V 1= 0 K1= 1/2 m V0 یعنی جسم تا ارتفاع 5 متر بالا می رود. پ ) سرعت توپ در نیمه ی راه چقدر است؟اگر انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی گلوله در نیمه راه k3,v3 باشد، می توان نوشت : V2 = V3 + K3 mgh = mg(h/2) + 1/2 m V23 0/2×10 × 5×= 0/2×10× 2/5 + 1/2 ×0/2 × V23 => V3 = 5?2 m/s در تعیین انرژی پتانسیل گرانشی یک جسم انتخاب سطح پتانسیل صفر بسیار مهم است. اگر سطح زمین را پتانسیل صفر در نظر بگیریم، هر جسمی که بالاتر از سطح زمین است دارای انرژی پتانسیل مثبت و هر جسمی که پائین تر از سطح زمین است دارای پتانسیل منفی است. 1-6 – انرژی پتانسیل کشسانی در شکل بالا گلوله با سرعت V به فنر افقی برخورد کرده و آن را فشرده می کند. در این حرکت انرژی جنبشی گلوله به فنر منتقل شده و در آن به صورت انرژی پتانسیل کشسانی ذخیره می شود پس از اینکه گلوله متوقف شد. انرژی پتانسیل کشسانی فنر باعث می شود گلوله این بار بر خلاف جهت قبلی شروع به حرکت کند و انرژی پتانسیل کشسانی فنر به انرژی جنبشی در گلوله تبدیل می گردد. اگر از اصطکاک صرف نظر شود، بر اساس قانون پایستگی انرژی، سرعت جدا شدن گلوله از فنر برابر سرعت برخورد گلوله با فنر خواهد بود.