به نام خدا فصل دوم ویژگی های فیزیکی مواد
( دلیل موارد بالا این است که نیروی هم چسبی بیشتر از دگر چسبی می باشد )
به نام خدا
جاهای خالی را با کلمات مناسب پر کنید .
1- بردارشتاب متوسط هموارهم جهت با بردار تغییر سرعت . است .
2- برداری که نقطه شروع حرکت را به نقطه پایان حرکت وصل می کند .بردارجابجایی.نامیده می شود.
3- خودرویی که رو به شمال در حرکت است ترمز می کند ، شتاب این خودرو رو به جنوب. است.
4- طول مسیر حرکت جسم را .مسافت می نامند .
5- تندی متوسط کمیتی .نرده ای. وسرعت متوسط کمیتی .برداری است .
6- هرگاه سرعت متحرک مثبت باشد ، متحرک در جهت محور x حرکت می کند .
7- در حرکت یک بعدی جهت حرکت با توجه به جهت ( شتاب – سرعت ) تعیین می شود .
8- شیب خطی که نمودار مکان – زمان را در دو لحظه قطع می کند برابر ( سرعت متوسط – شتاب متوسط ) بین آن دو لحظه است .
9- در حرکت جسم روی مسیر خمیده بردارسرعت متحرک همواره بر( بردار شتاب – مسیرحرکت ) مماس است .
10- در حرکت یک بعدی بدون تغییر جهت مسافت طی شده ( برابر با – بزرگتر از ) جابجایی است .
11- شیب خط مماس بر نمودار سرعت - زمان نشان دهنده شتاب ( لحظه ای – متوسط ) است .
12- شیب خط مماس بر نمودار مکان - زمان برابر ( شتاب لحظه ای – سرعت لحظه ای ) است .
13- مساحت زیر نمودار شتاب- زمان برابر ( تغییرات سرعت – جابجایی ) است .
14- در حرکت ( تند شونده – کند شونده ) بر روی خط راست علامت شتاب وسرعت مخالف هم است.
درستی یا نادرستی عبارتهای زیر را تعیین کنید .
1- سطح زیر نمودار شتاب – زمان برابر تغییرات سرعت است .درست
2- کیلومتر شمار اتومبیل سرعت لحظه ای را نشان می دهد . نادرست. تندی لحظه ای را نشان می دهد.
3- در حرکت بدون تغییر جهت بر روی خط راست اندازه جابجایی انجام شده و مسافت پیموده شده باهم برابر است .درست
4- در حرکت با شتاب ثابت نمودار مکان – زمان یک خط مورب است .نادرست . سهمی است
5- هرگاه متحرکی برروی خط راست حرکت کند سپس همان مسیر را روی خط راست برگردد تندی متوسط متحرک صفر است .نادرست سرعت متوسط صفر است .
6- بردار سرعت در هر نقطه از مسیر بر مسیر حرکت مماس است . درست
7- شیب خط واصل بین دونقطه در نمودار مکان – زمان یک متحرک بیانگر سرعت لحظه ای آن است . نادرست
8- در حرکت تند شونده شتاب حرکت حتما مثبت است . نادرست
9- شرط لازم وکافی برای تغییر جهت حرکت جسم صفر شدن سرعت است . نادرست . شرط لازم صفر شدن سرعت وشرط کافی تغییر جهت سرعت است .
10- تغییر سرعت جسم فقط ناشی از تغییر در اندازه سرعت ( تندی ) آن است . نادرست . تغییر سرعت می تواند ناشی از تغییر اندازه و یا تغییر جهت ویا تغییر اندازه وتغییر جهت باهم باشد
بطور کلی علم فیزیک به دوصورت تقسیم می شود :
1 – فیزیک کلاسیک 2 – فیزیک جدید ( مدرن )
فیزیک کلاسیک : فیزیک کلاسیک به مطالعۀ اجسام با ابعاد معمولی وسرعت های معمولی می پردازد . فیزیک کلاسیک شامل : 1- مکانیک نیوتنی2- ترمودینامیک 3 - نظریۀ ماکسول در الکترومغناطیس
فیزیک جدید :
فیزیک جدید شامل دو نطریه است :
1- نظریۀ نسبیت (نسبیت خاص و نسبیت عام ) :
نسبیت خاص به مطالعۀ پدیده ها در تندی های بسیار زیاد ونزدیک به تندی نور است . این نظریه توسط آلبرت اینشتین بیان شد .
نسبیت عام مربوط به مطالعه هندسه فضا – زمان و گرانش می باشد .
2- نظریۀ کوانتومی ، این نظریه به مطالعۀ پدیده ها در مقیاس های بسیار کوچک مانند اتم ها وذره های سازنده آنها پردازد .
چند پدیده نام ببرید که فیزیک کلاسیک قادر به توجیه آنها نیست ؟
1–تابش از سطح اجسام 2 – پدیدۀ فوتو الکتریک 3 – طیف اتمی
توجه : در فیزیک کمیت های گسسته را کمیت های کوانتومی می نامند.کمترین مقدار یک کمیت کوانتومی را مقدار پایه یا کوانتوم آن کمیت می خوانند.( یک کمیت کوانتومی همواره مضرب درستی از یک مقدار پایه می باشد مانند بار الکتریکی ، شعاع الکترون،انرژی تابشی و.)
نظریۀ پلانک را در بارۀ تابش بیان کنید .
طبق نظریۀ پلانک انرژی تابشی یک جسم کوانتومی است یعنی همواره مضرب درستی از یک مقدار پایه می باشد که این مقدار پایه به بسامد موج الکترومغناطیسی بستگی دارد : E = nhf
( در این رابطه E انرژی تابشی برحسب ژول و n عدد کوانتومی یک عدد صحیح مثبت است و h ثابت پلانک نام دارد و f بسامد انرژی تابشی بر حسب هرتز می باشد و hf انرژی فوتون نام دارد )
فوتون چیست ؟ نور با بسامد f به صورت مجموعه ای از بسته های انرژی است و هربسته انرژی فوتون نامیده می شود .
توجه : در بحث دربارۀ اجزای سازندۀ اتم ها ، ژول به دلیل بزرگی یکای مناسبی نیست و معمولا از یکای دیگری برای انرژی به نام الکترون ولت ( ev ) استفاده می شود .
الکترون ولت چیست ؟ یک الکترون ولت برابر مقدار انرژی مورد نیاز برای عبور یک الکترون از اختلاف پتانسیل یک ولت در خلأ است .
مثال : ثابت پلانک را برحسب ev.s بنویسید .
مثال : طول موج یک نور مرئی 550nm می باشد انرژی فوتون این نور چند ev است ؟
توجه : می توانیم در حل مسائل مقدار hc =1240 ev.nm در نظر بگیریم .
مثال : توان یک چشمۀ نور تک رنگ 60وات است اگر این چشمه در هر ثانیه ده به توان فوتون گسیل کند طول موج نور گسیل شده چند انگستروم است ؟
بررسی طیف اتمی
طیف چیست؟ به مجموعه ای از نوارهای تک رنگ گفته می شود که به صورت نوارهای پهن یا باریک ویا خطوط دور یا نزدیک به هم پس از تجزیه تابش الکترومغناطیسی در منشور قابل مشاهده است .
انواع طیف : 1- طیف گسیلی ( تابشی یا نشری ) 2 – طیف جذبی
طیف گسیلی ( تابشی یا نشری ) چیست وبه چند دسته تقسیم می شود ؟ اگر نوری که از اجسام مختلف تابش می شود ، بطور مستقیم وارد منشور شده وطیف آن تشکیل شود ، طیف حاصل را طیف گسیلی گویند .و طیف گسیلی شامل الف ) طیف گسیلی پیوسته ب ) طیف گسیلی گسسته (خطی )
طیف گسیلی پیوسته چیست ؟ طیفی است که در آن رنگها به هم پیوسته هستند ودر طول طیف کم کم تغییر رنگ ایجاد می شود بطوری که بین رنگهای آن مرز مشخصی وجود ندارد . مانند طیف نور سفید – تابش گرمایی از سطح اجسام – طیف اجسام جامد ملتهب ویا مایعات حاصل از ذوب آنها .
توجه : طیف گسیلی پیوسته اجسام فقط به دمای آنها بستگی دارد وبه جنس آنها بستگی ندارد .بنابراین نمی توانیم به کمک طیف گسیلی پیوسته یک جسم به جنس آن پی ببریم .
طیف گسیلی گسسته ( خطی ) چیست ؟ اگر نور گسیل شده از بخار عناصر را از منشور عبور داده وطیف آنرا تشکیل دهیم طیف حاصل گسیلی گسسته می باشد .
توجه مهم : در طیف گسیلی گسسته خطوط رنگی جدا از هم در زمینۀ تاریک مشاهده می شود . وهر خط روشن معرف یک طول موج است که توسط بخار عناصر تابش می شود .
سؤال امتحانی : طیف اتمی چیست ؟ طیف نور گسیل شده از بخار هر عنصر را طیف اتمی آن عنصر می نامند .
توجه : طیف اتمی عنصر های مختلف با هم تفاوت دارد یا به عبارتی طیف اتمی هر عنصر منحصر به فرد است مانند اثر انگشتان .
طیف جذبی چیست وبه چند دسته تقسیم می شود ؟ طیف نور سفیدی را که بعضی از خط ها با طول موج های آن جذب شده باشد طیف جذبی می نامیم .و شامل الف ) طیف جذبی پیوسته ب ) طیف جذبی گسسته
طیف جذبی پیوسته چیست ؟ اگر نور سفید ابتدا از یک جسم جامد یا مایع شفاف عبور کرده وسپس وارد منشور شود طیف حاصل طیف جذبی پیوسته می نامند . ( مثلا وقتی نور سفید به یک شیشه قرمز بتابد شیشه تمام رنگهای نور سفید را جذب کرده وفقط رنگ قرمز را عبور می دهد )
سؤال : پرتوهای نور خورشید بعداز عبور از یک شیشه سبز چه طیفی تشکیل می دهد ؟ اگر نور خورشید از شیشه سبز بگذرد فقط طول موج مربوط به رنگ سبز از شیشه عبور می کند وبقیه رنگها جذب شیشه می شوند ، بنابراین طیف حاصل جذبی پیوسته است .
طیف جذبی گسسته ( خطی ) چیست ؟ اگر نور سفید ابتدا از بخار عناصر عبور کرده وسپس وارد منشور شود طیف حاصل را جذبی گسسته گویند .
توجه مهم : در طیف جذبی گسسته برخی از طول موج های تابش شده توسط بخار عناصر جذب خواهد شد وبه جای آنها خطوط تاریک مشاهده می شود ( خطوط تاریک در زمینه روشن )
خطوط فرانهوفرچیست ؟ خطوط تاریک موجود در طیف خورشید را خطوط فرانهوفر گویند . این خطوط تاریک معرف طول موج هایی است که توسط جو خورشید از نور تابشی خورشید حذف شده است . از مقایسه طیف خورشید با طیف جذبی عناصر می توان فهمید که در جو خورشید چه عناصری وجود دارد .
ویژگیهای طیف های گسیلی وجذبی را بنویسید. 1- در طیف گسیلی وجذبی هر عنصر فقط طول موج های معینی وجود دارد که مشخصۀ همان عنصر است . یعنی طیف های گسیلی وجذبی هیچ دو عنصری مثل هم نیست . 2- اتم هر دقیقاً همان طول موج هایی را از نور سفید جذب می کند که اگر دمای آن به اندازۀ کافی بالا رود ویا به هر صورت دیگر بر انگیخته شود آنها را تابش می کند (یعنی طیف جذبی یک عنصر برطیف گسیلی آن منطبق است)
طیف نمایی چیست ؟ تهیه وبررسی طیف های گسیلی وجذبی را طیف نمایی می نامند .
از دیدگاه فیزیک کلاسیک چه زمانی نور گسیل می شود؟ زمانی که در اثر برخورد دائم اتم با سایر اتمها ، الکترون های اتم ارتعاش کنند .
از دیدگاه فیزیک کلاسیک چه زمانی نور جذب می شود ؟ زمانی که نوسان میدان الکتریکی نور فرودی سبب نوسان الکترونها شود ونور فرودی را جذب کنند .
ناتوانی فیزیک کلاسیک در توصیف طیف اجسام ( جذب وگسیل نور ) را بنویسید .
از دیدگاه فیزیک کلاسیک جذب وگسیل موج های الکترو مغناطیسی قابل توجیه هستند اما اینکه چرا فقط طول موج های خاصی توسط اتم ها جذب یا گسیل می شود قابل توصیف نیستند ، به بیان دیگر هیچ توضیحی برای خطوط موجود در طیف بخار عناصر وجود ندارد .
سؤال : درون لامپ های فلورسان بخار جیوه وجود دارد با توجه به اینکه طیف اتمی جیوه خط هایی در ناحیه فرابنفش دارد وتابش فرابنفش هم برای انسان مضر است برای استفاده از این لامپ ها چکار باید کرد ؟ باید دیواره درونی این لامپ ها را از یک ماده شیری رنگ که مخلوطی از بورات کادمیوم ، سیلیکات روی وتنگستات کلسیم می باشد بپوشانیم .
سؤال : برای اینکه بخار عناصر تحریک شوند ونور گسیل کنند چه روش هایی وجود دارد ؟ 1- روش تابش 2- میدان الکتریکی 3- گرما
پدیده فوتوالکتریک چیست؟ اگر نوری با بسامد مناسب مانند نور فرابنفش به سطح فی بتابد ، الکترونهایی از آن گسیل می شوند این پدیده فیزیکی را اثر فوتوالکتریک و الکترونهای جدا شده از سطح ف را فوتوالکترون می نامند .
توجه : اگر بر کلاهک برقنمایی با بار منفی نور فرابنفش تابیده شود مشاهده می شود که انحراف ورقه های آن کاهش می یابد در حالی که با تابش نور مرئی تغییری در انحراف ورقه های برقنما رخ نمی دهد .
بسامد آستانه چیست ؟ کمترین بسامدی است که به ازای آن پدیده فوتوالکتریک رخ می دهد و به ازای بسامدهای کمتر از آن اثر فوتوالکتریک رخ نمی دهد .
طول موج آستانه چیست ؟ بلندترین طول موجی است که به ازای آن اثر فوتوالکتریک رخ می دهد وبه ازای طول موج های بیشتر از آن پدیده فوتوالکتریک رخ نمی دهد .
توجه : برای نوری که فوتون های آن دارای حداقل انرژی لازم برای وقوع پدیده فوتوالکتریک هستند ، افزایش شدت نور ( با ثابت ماندن بسامد ) فقط سبب افزایش تعداد فوتونها ودر نتیجه افزایش تعداد فوتوالکترونها می شود ، در حالی که انرژی فوتو الکترونها بدون تغییر می ماند .
ضعف نظریه کلاسیکی در مورد اثر فوتوالکتریک را بنویسید ؟
1 – بر اساس دیده گاه کلاسیکی هنگام بر همکنش موج الکترو مغناطیسی فرودی به صفحه فی میدان الکتریکی این موج نیروی F= –eE به الکترونهای ف وارد می کند وآنهارا به نوسان وا می دارد و وقتی دامنه نوسان به قدر کافی بزرگ شود انرژی جنبشی لازم برای جدا شدن از سطح ف را پیدا می کند پس باید با هر بسامدی پدیده فوتوالکتریک رخ دهد که این نتیجه با تجربه سازگار نیست .
2 – با توجه به اینکه شدت نور با مجذور دامنه میدان الکتریکی موج الکترومغناطیسی متناسب است، به این ترتیب انتظار می رود به ازای یک بسامد معین ، اگر شدت نور فرودی بر سطح ف را افزایش دهیم باید الکترونها با انرژی جنبشی بیشتری از ف خارج شوند . که این نتیجه را تجربه تایید نمی کند .
توضیع قانع کننده اینشتین را درمورد اثر فوتوالکتریک بنویسید .
وقتی نوری تکفام ( تک رنگ ) بر سطح فی می تابد ، هر فوتون صرفا با یکی از الکترونهای ف بر هم کنش می کند . اگر فوتون انرژی کافی داشته باشد تا فرایند خارج کردن الکترون را انجام دهد ، الکترون به طور آنی از آن گسیل می شود . در این صورت بخشی از انرژی فوتون صرف جدا کردن الکترون از ف می شود و مابقی آن به انر ژی جنبشی الکترون خارج شده تبدیل می شود .
مثا ل : طول موج آستانه فی 240nm است . نوری با طول موج 300nm به ف می تا بانیم آیا اثر فوتو الکتریک رخ می دهد ؟ خیر رخ نمی دهد چون این طول موج بیشتر از طول موج آستانه است .
لیزر
لیزر چیست ؟ واژه لیزر به معنای تقویت نور توسط گسیل القایی تابش است . بنابراین تولید لیزر بر اساس گسیل القایی می باشد .
جذب فوتون و وارونی جمعیت چگونه است ؟ به طور معمول ودر دمای اتاق ، بیشتر الکترونها در تراز انرژی پایینتر قرار دارند و اصطلاحا گوییم که در وضعیت معمول هستند ، اتم ها با گرفتن انرژی ای که مقدار آن برابر اختلاف انرژی دو تراز باشد به تراز بالاتر می روند و اصطلاحا گوییم که در این حالت وارونی جمعیت رخ می دهد . به این نوع برهم کنش بین اتم وانرژی فوتون فرایند جذب نیز می گوییم .
فرایند گسیل ( جهش الکترون ازتراز انرژی بالاتر به تراز انرژی پایینتر ) به دو صورت می باشد ؟ 1- گسیل خود به خود 2 – گسیل القایی
گسیل خود به خود چگونه است ؟ الکترونها معمولاّ در حالت برانگیخته در مدت ده به توان منفی هشت باقی می مانند و سپس به طور خود به خود جهشی به تراز پایین خواهند داشت ویک فوتون گسیل می کنند . به این نوع بر هم کنش گسیل خود به خود گفته می شود ودر گسیل خود به خود فوتون در جهت کاتوره ای گسیل می شود .
گسیل القایی چگونه است ؟ این نوع گسیل توسط اینشتین چنین مطرح شد که اگر فرض کنیم ، اتم در وضعیت وارونی جمعیت قرار دارد ویک فوتون به اتم بتابانیم ، فوتون ورودی ، الکترون برانگیخته را تحریک ( یا القا ) می کند تا تراز انرژی خود را تغییر دهد و به تراز پایینتر برود . برای گسیل القایی انرژی فوتون ورودی باید دقیقآ با اختلاف انرژی های دو تراز یکسان باشد .
سؤ ال : سه ویژگی عمده گسیل القایی را بنویسید ؟ 1 – یک فوتون وارد می شود و دو فوتون خارج می گردد . به این ترتیب توسط این فرایند تعداد فوتونها را افزایش می دهند و تقویت می کنند . 2 – فوتون گسیل شده در همان جهت فوتون ورودی حرکت می کند . 3 – فوتون گسیل شده با فوتون ورودی هم فاز است . به این ترتیب فوتون هایی که باریکه لیزری را ایجاد می کند هم بسامد هم جهت و هم فاز هستند .
توجه : در گسیل القایی انرژی که توسط چشمه خارجی مناسب تامین می شود تا الکترونها را به ترازهای انرژی بالاتر برانگیخته کند ، می تواند توسط درخشش شدید نور معمولی ویا تخلیه های ولتاژ بالا فراهم شود .
توجه : وارونی جمعیت در یک محیط لیزری ، مربوط به وضعیتی است که تعدادالکترونها در تراز هایی موسوم به ترازهای شبه پایدار نسبت به تراز پایینتر بسیار بیشتر باشند . در این ترازها الکترونها مدت زمان بسیار طولانی تری نسبت به حالت برانگیخته معمولی باقی می مانند . این زمان طولانی فرصت بیشتری برای افزایش وارونی جمعیت ودر نتیجه تقویت نور لیزر فراهم می کند .
کاربرد لیزر را بنویسید ؟ لیزر دارای کاربردهای فراوانی از جمله در برشکاری ، جوشکاری ، آزمایشهای فیزیک و پژوهش های علمی ، چشم پزشکی ، نجوم ، دندانپزشکی و. است .
توجه : به دلیل انرژی فوق العاده زیاد ومتمرکز پرتوهای لیزری ، توصیه جدی می شود که هیچ گاه به طور مستقیم به نور ایجاد شده توسط لیزر نگاه نکنیم ، چون باعث آسیب چشم می شود .
درباره این سایت