امتحان الفيزياء الوزاري 2024، الدورة العامة، مع الإجابات

جسمان (A و B) ساكنان، أثرت في كلّ منهما قوة مُحصّلة مقدارها (F) للمدة الزمنية نفسها. إذا كانت كتلة الجسم (A) مِثلي كتلة الجسم (B)، فإنّ العلاقة الصحيحة بين الزخم الخطي (PA) والزخم الخطي (PB) عند نهاية المدة الزمنية، هي:

عربة (A) كتلتها (⁦2kg⁩) تتحرّك في مسارٍ أفقيّ مستقيم بسرعة مقدارها (⁦14.0m/s⁩) باتجاه محور (+x)، فتصطدم بعربة أخرى (B) كتلتها (⁦2kg⁩) تقف على المسار نفسه. إذا علمت أنّ العربتين اصطدمتا تصادمًا مرنًا، فإنّ العبارة الصحيحة التي تصف ما يحدث لسرعتيهما بَعد التصادم مباشرة، هي:

يُبيّن الشكل المجاور التمثيل البياني للقوة المُؤثّرة في جسم ساكن كتلته (⁦5kg⁩) وزمن تأثيرها. مقدار سرعة الجسم النهائية بوحدة (m/s) يساوي:

عند وقوع حادث سيارة فإنّ الوسادة الهوائية تنتفخ، فتعمل على حماية الراكب من الضرر الذي قد تُسببه القوة الناتجة عن التصادم، عن طريق:

تتحرّك كُرة (A) كُتلتها (⁦6.0 kg⁩) باتّجاه الشرق بسرعة مقدارها (⁦4 m/s⁩)، فتصطدم بكُرة أخرى (B) كُتلتها (⁦4.0 kg⁩) رأسًا برأس، تتحرّك باتّجاه الشرق بسرعة مقدارها (⁦2 m/s⁩). بعد التصادم تحرّكت الكُرة (A) باتّجاه الشرق بسرعة مقدارها (⁦2.4 m/s⁩). أجب عن الفقرتين (5، 6) الآتيتين: سرعة الكُرة (B) بعد التصادم مباشرة بوحدة (m/s)، ونوع التصادم:

الدفع المؤثر في الكُرة (A) بوحدة (kg.m/s) يساوي:

يُبيّن الشكل المجاور منظرًا علويًّا للوح خشبي مُربّع الشكل طول ضلعه (⁦1 m⁩) موضوع على سطح أفقي، قابل للدوران حول محور يمرّ في مركزه (O) عموديًّا على اللوح، وتؤثّر في اللوح قوّتان (F1, F2)، أُفقيّتان وخطّا عملهما منطبقان فيدور اللوح. أجب عن الفقرتين (7، 8) الآتيتين: مقدار العزم المُحصّل المؤثّر في اللوح بوحدة (N.m) يساوي:

الشكل الذي يوضح موقع تأثير قوة (F3 = ⁦4N⁩) إضافية لزيادة مقدار العزم المُحصّل المؤثّر في اللوح، هو:

نظام يتكوّن من كُرتين مُهملتي الأبعاد، كُتلة إحداهما (m) والأخرى (⁦2m⁩)، مُثبتتين بطرفي قضيب فلزي مُهمل الكُتلة طوله (⁦3x⁩) كما هو موضح في الشكل المجاور. أجب عن الفقرتين (9، 10) الآتيتين: عزم القصور الذاتي للنظام عندما يدور القضيب حول محور ثابت عموديّ على مستوى الصفحة، يمرّ بالنقطة الواقعة عند الموقع (x) يساوي:

موقع مركز الكُتلة للنظام المُكوّن من الكُرتين بالنسبة إلى موقع الكُتلة (m) بدلالة (x) يساوي:

الطاقة الحركيّة الدورانيّة لجسم يدور تتناسب طرديًّا مع كلّ من:

قضيب فلزي منتظم، كتلته (M) وطوله (L)، يتحرّك حركة دورانية حول محور ثابت عمودي على مستوى الدوران، يمرّ في إحدى نهايتي القضيب عند النقطة (O)؛ بتأثير قوّة مماسية (F) ثابتة في المقدار، كما هو موضح في الشكل المجاور. إذا علمت أنّ القضيب يدور بتسارع زاوي ثابت، وأنّ عزم القصور الذاتي للقضيب ($I = \frac{1}{3}ML^{2}$)، فإنّ التسارع الزاوي للقضيب يساوي:

نظام يتكوّن من أربع كُرات صغيرة مُهمَلة الأبعاد، مثبتة في نهايات قضيبين مُهمَلي الكتلة. يدور النظام بسرعة زاوية (ω) حول محور (O) كما هو موضح في الشكل المجاور. إذا كان الزخم الزاوي للكُرتين العلويتين (L₁) والزخم الزاوي للكُرتين السفليتين (L₂)، فإنّ النسبة ($\frac{L_1}{L_2}$) تساوي:

مُثّلت العلاقة بين التيار المارّ في موصل فلزي وفرق الجهد بين طرفيه عند درجة حرارة مُحدّدة، فكانت كما في الشكل المجاور. إذا ارتفعت درجة حرارة الموصل إلى قيمة جديدة ثابتة، فإنّ العلاقة بين التيار وفرق الجهد تتغيّر، بحيث:

في الشكل المجاور موصلان (1، 2) من النحاس، طول الأول (L) ونصف قُطر مقطعه (r)، وطول الثاني (⁦2L⁩) ونصف قُطر مقطعه (⁦2r⁩). العلاقة بين مقاومتي الموصلين (R₁ , R₂) تكون على إحدى الصور الآتية:

مُعتمدًا على بيانات الدارة الكهربائية المُبيّنة في الشكل المجاور، وإذا علمت أنّ فرق الجهد بين طرفي المقاومة (R₂) يساوي (⁦9V⁩)، أجب عن الفقرتين (16، 17) الآتيتين: قراءة الفولتمتر (V) بوحدة فولت (V) تساوي:

إذا كانت قُدرة البطارية تساوي (⁦36W⁩)، فإنّ مقاومتها الداخلية (r) بوحدة أوم (Ω) تساوي:

إذا كانت قراءة الفولتمتر في الدارة الموضحة في الشكل المجاور تساوي (⁦4V⁩)، فإن قراءة الأميتر بوحدة أمبير (A) تساوي:

إذا كان التيار المار في المقاومة (R1) في الدارة المبينة في الشكل المجاور (I = ⁦2 A⁩)، وبإهمال المقاومات الداخلية للبطاريات، أجب عن الفقرتين (19، 20) الآتيتين: مقدار القوة الدافعة الكهربائية (ε3) بوحدة فولت (V) يساوي:

مقدار التيار المار في المقاومة (R2) بوحدة أمبير (A) واتجاهه:

سلكان مستقيمان لا نهائيا الطول ومتوازيان، يحملان تيارين كهربائيين متعاكسين كما في الشكل الآتي. اعتمادًا على بيانات الشكل، أجب عن الفقرتين (21، 22) الآتيتين: مقدار المجال المغناطيسي المحصل الناتج عن السلكين عند النقطة (a) بوحدة تسلا (T)، واتجاهه:

مقدار القوة المغناطيسية المتبادلة بين وحدة الأطوال من السلكين بوحدة نيوتن لكل متر (N/m)، ونوعها:

قُذِفَ جُسيم شحنته (⁦3.2 × 10⁻¹⁸⁩ C) بسرعة ابتدائية (⁦2 × 10⁶⁩ m/s) داخل مجال مغناطيسي منتظم (⁦0.5 T⁩)، بحيث تتعامد سرعة الجسيم مع المجال، إذا علمت أن الجسيم سلك مسارًا دائريًا نصف قطره (r). أجب عن الفقرتين (23، 24) الآتيتين: مقدار القوة المغناطيسية (FB) التي تؤثر في الجسيم بوحدة نيوتن (N) يساوي:

الشغل الذي تبذله القوة المغناطيسية (FB) على الجسيم خلال نصف دورة يساوي:

في الشكل المجاور قطبان مغناطيسيان مختلفان متجاوران، والنقطتان (a, b) تقعان في المجال المغناطيسي للقطبين. إذا دخل إلكترون منطقة المجال، فإنه يتأثر بأكبر قوة مغناطيسية إذا كان يتحرّك بسرعة (v) لحظة مروره بالنقطة:

يُحسَب التدفق المغناطيسي (ΦB) عبر مساحة (A) بالعلاقة (ΦB = BA cos θ)، نستنتج من العلاقة أنّ التدفق كمية فيزيائية:

ملف دائري يتكوّن من (600) لفة، موضوع داخل مجال مغناطيسي، تغيّر التدفق المغناطيسي عبر الملف بمقدار (⁦6.4 × 10⁻⁴⁩ Wb) خلال مدة زمنية (⁦0.04s⁩). إذا علمت أنّ مقاومة الملف (⁦8Ω⁩)، فإنّ التيار الكهربائي الحثّي المتوسط المارّ في الملف بوحدة أمبير (A) خلال المدة الزمنية نفسها يساوي:

محثّ مُعامل حثّه الذاتي (⁦4 × 10⁻⁵⁩ H) وعدد لفاته (160) لفة، عندما يسري فيه تيار كهربائي (⁦2.4A⁩)، فإنّ التدفق المغناطيسي الذي يخترقه بوحدة ويبر (Wb) يساوي:

يُستخدم في شبكات توزيع الكهرباء مُحوّل خافض للجهد، عدد لفات ملفه الابتدائي (3450) لفة، وملفه الثانوي (300) لفة، إذا كان فَرْق الجهد بين طرفي الملف الابتدائي (⁦230kV⁩)، فإنّ فَرْق الجهد بين طرفي الملف الثانوي بوحدة فولت (V) يساوي:

يدور ملف مُولّد كهربائي، فيولّد فَرْق جهد كهربائي تردّده (⁦10Hz⁩)، إذا كان مقدار فَرْق الجهد بين طرفي الملف يساوي (⁦8V⁩) عند اللحظة ($t = \frac{1}{120}$ s)، فإنّ القيمة العُظمى لفَرْق الجهد بوحدة (V) تساوي:

يُبيّن الشكل المجاور دارة يتصل فيها مصباح ومحثّ بمصدر فَرْق جهد متردّد تردّده الزاوي (ω)، وقراءة الأميتر (⁦3.4A⁩)، إذا زاد مقدار التردّد الزاوي للمصدر ليصبح ($\omega' = \frac{5}{2}\omega$) مع بقاء القيمة العُظمى لفَرْق الجهد ثابتة، فإنّ قراءة الأميتر بوحدة أمبير (A) تُصبح:

يوضح الشكل المجاور عملية إشابة، أُضيف فيها عنصر (X) إلى بلّورة السليكون النقي (Si)، إنّ العنصر (X) وما يُشير إليه السهم في الشكل على الترتيب، هما:

اعتمادًا على البيانات المثبتة في الشكل المجاور، وإذا علمت أنّ المقاومة الداخلية لمصدر فَرْق الجهد مُهملة، والثنائيّين مصنوعان من السليكون، فإنّ مقدار التيار المارّ في المقاومة بوحدة ملي أمبير (mA) يساوي:

في الدارتين المجاورتين ثنائيان بلّوريان؛ (1) من السليكون و (2) من الجرمانيوم، كلاهما في وَضْع انحياز أمامي. إذا كانت قراءة الفولتميتر في كلّ من الدارتين (⁦0.5V⁩)، فإنّ العبارة الصحيحة التي تصف قراءتي الأميترين (A1، A2)، هي:

يوضح الشكل المجاور إشارة داخلة إلى دارة ثنائي بلّوري. الشكل الذي يُمثّل الإشارة الناتجة على المقاومة (R)، هو:

يوضح الشكل المجاور العلاقة بين شدة الإشعاع الصادر عن الجسم الأسود والطول الموجي له عند درجات حرارة مختلفة. بافتراض أنّ الشمس جسم أسود، وأكبر شدّة إشعاع لها تكون في منطقة الضوء المرئيّ، فإنّ درجة حرارة سطح الشمس بوحدة (K) تصل تقريبًا إلى:

يوضّح الشكل البياني المجاور العلاقة بين الطاقة الحركيّة العُظمى للإلكترونات المُنبعِثة في خليّة كهروضوئية، وتردّد الضوء الساقط عليها. عندما يكون الضوء الساقط ($1 \times 10^{15}$ Hz)، فإنّ جهد الإيقاف بوحدة فولت (V) يساوي:

أُسقِطَ كومبتون أشعة سينية على هدف من الغرافيت، فلاحظ أنّ الأشعة المُشتَّتة تختلف عن الأشعة الساقطة بأنّ:

تسارَعَ إلكترون شُحنتُه ($e$) وكُتلته ($m$) من السكون بفَرْق جهد مقداره ($\Delta V$)، إذا علمت أنّ ثابت بلانك ($h$)، فإنّ طول موجة دي بروي المُصاحِبة للإلكترون ($\lambda_e$) عند نهاية مُدة تسارُعه يساوي:

مقدار طول موجة الفوتون المُنبعِث عند انتقال إلكترون ذرّة الهيدروجين من مستوى الطاقة ($n = \infty$) إلى مستوى الطاقة ($n = 2$) بدلالة ثابت ريدبيرغ ($R_H$) يساوي:

انتقل إلكترون ذرة هيدروجين من مستوى طاقة إلى مستوى طاقة آخر نتيجة امتصاصه لفوتون. الشكل الصحيح الذي يُمثّل هذا الانتقال، هو:

نسبة كثافة النواة ($_{2}^{4}X$) إلى كثافة النواة ($_{1}^{3}Y$)، ($\frac{\rho_X}{\rho_Y}$) تساوي:

ثلاث نوى لعناصر مختلفة ($_{45}^{106}Rh$ ، $_{46}^{106}Pd$ ، $_{47}^{106}Ag$) تتساوى في عددها الكُتلي، حيث نواة البلاديوم ($_{46}^{106}Pd$) مُستقرّة، بينما نواتي الفضة ($_{47}^{106}Ag$) والروديوم ($_{45}^{106}Rh$) من باعِثات بيتا. النواة التي تُشِعّ بيتا الموجبة وتتحوّل إلى نواة بلاديوم هي نواة:

إذا كانت كُتلة النواة ($_{1}^{3}H$) تقلّ بمقدار (⁦0.0095 amu⁩) عن مجموع كُتل مُكوّناتها، فإنّ طاقة الرَّبْط النووية لكلّ نيوكليون بوحدة (MeV) لها تساوي:

تُمثّل المعادلة الآتية اضمحلال نظير الفلور ($_{9}^{18}F$) ليُعطي أحد نظائر الأكسجين وبوزيترون وجُسيم ($X$): $_{9}^{18}F \rightarrow _{Z}^{A}O + _{+1}^{0}e + X$ نظير الأكسجين ($_{Z}^{A}O$) واسم الجُسيم ($X$) على الترتيب، هما:

في المعادلة الآتية: ($_{1}^{1}H + _{1}^{2}H \rightarrow _{2}^{3}He + \gamma$) ، وإذا علمت أن كُتل النوى بوحدة (amu) كما هي موضحة في الجدول المجاور، فإن طاقة التفاعل ($Q$) بوحدة (MeV) تساوي:

إذا كان ثابت الاضمحلال لنظير (الغاليوم - 67) يساوي ($2.4 \times 10^{-6} s^{-1}$)، وقِيست النشاطية الإشعاعية لعينة منه عند لحظة معيّنة فكانت ($4680 Bq$). فإنّ عدد النوى المشعة في العينة يساوي:

لاستمرار حدوث التفاعل المتسلسل في المفاعل النووي، يجب توافر أمور عدّة، منها اليورانيوم المُخصّب. يُقصد بعملية تخصيب اليورانيوم زيادة نسبة أحد نظائر اليورانيوم الآتية:

عندما تبعث نواة جُسيم ألفا، فإنّ عدد كلّ من البروتونات والنيوترونات، على الترتيب:

المادة التي تُستخدم لإبطاء حركة النيوترونات في المفاعل النووي، هي: