امتحان الفيزياء الوزاري 2025، الدورة العامة، الفرع الصناعي، مع الإجابات

عندما يُمسك لاعب بيسبول كرة متحرّكة نحوه، فإنّه يحرّك يده للخلف عند الإمساك بها، وذلك:

إذا كان الزخم الخطي لجسم (⁦80kg.m/s⁩) باتجاه (+x)، فإنّ مقدار الدفع بوحدة (N.s) اللازم لإيقافه تمامًا عن الحركة، واتجاهه:

تؤثر قوّة محصلة باتجاه محور (+x) في صندوق ساكن كتلته (⁦2kg⁩) مدّة زمنية مقدارها (⁦5s⁩). إذا علمت أنّ مقدار القوة المحصلة يتغيّر بالنسبة للزمن كما هو موضح في منحنى (القوة - الزمن) المجاور، فأجب عن الفقرتين (3، 4) الآتيتين: سرعة الصندوق بوحدة (m/s) في نهاية الفترة الزمنية لتأثير القوة المحصلة تساوي:

تؤثر قوّة محصلة باتجاه محور (+x) في صندوق ساكن كتلته (⁦2kg⁩) مدّة زمنية مقدارها (⁦5s⁩). إذا علمت أنّ مقدار القوة المحصلة يتغيّر بالنسبة للزمن كما هو موضح في منحنى (القوة - الزمن) المجاور.

مقدار القوة المتوسطة بوحدة نيوتن (N) المؤثرة في الصندوق خلال زمن تأثيرها يساوي:

نظام مكوّن من كرتين (X, Y)؛ الكرة (X) كتلتها (⁦1kg⁩) تتحرّك بسرعة (⁦3m/s⁩) شرقًا، تصطدم رأسًا برأس بالكرة (Y) كتلتها (⁦1kg⁩) تتحرّك بسرعة (⁦2m/s⁩) غربًا. إذا أصبحت سرعة الكرة (Y) بعد التصادم مباشرة (⁦1m/s⁩) شرقًا، فأجب عن الفقرتين (5، 6) الآتيتين: التغيّر في الطاقة الحركية بوحدة جول (J) للنظام نتيجة التصادم يساوي:

نظام مكوّن من كرتين (X, Y)؛ الكرة (X) كتلتها (⁦1kg⁩) تتحرّك بسرعة (⁦3m/s⁩) شرقًا، تصطدم رأسًا برأس بالكرة (Y) كتلتها (⁦1kg⁩) تتحرّك بسرعة (⁦2m/s⁩) غربًا. إذا أصبحت سرعة الكرة (Y) بعد التصادم مباشرة (⁦1m/s⁩) شرقًا.

التغيّر في الزخم الخطي بوحدة (N.s) للكرة (X) نتيجة التصادم يساوي:

مدفع كتلته (⁦1000kg⁩) أطلق قذيفة كتلتها (⁦10kg⁩) باتجاه أفقي. إذا كانت سرعة ارتداد المدفع الأفقية (⁦5m/s⁩)، فإنّ مقدار سرعة انطلاق القذيفة بوحدة (m/s) يساوي:

كرة صلصال (A) كتلتها (⁦3kg⁩) تتحرّك بسرعة (⁦4m/s⁩) شرقًا، وكرة صلصال (B) كتلتها (⁦2kg⁩) تتحرّك على المسار نفسه بسرعة (⁦1m/s⁩) غربًا. اصطدمت الكرتان فالتحمتا معًا. أجب عن الفقرتين (8، 9) الآتيتين: العبارة التي تصف الذي حدث للطاقة الحركية للكرة (B) نتيجة التصادم هي:

كرة صلصال (A) كتلتها (⁦3kg⁩) تتحرّك بسرعة (⁦4m/s⁩) شرقًا، وكرة صلصال (B) كتلتها (⁦2kg⁩) تتحرّك على المسار نفسه بسرعة (⁦1m/s⁩) غربًا. اصطدمت الكرتان فالتحمتا معًا.

في هذا النوع من التصادمات، فإنّه للنظام المكوّن من الكرتين يكون كل من الزخم الخطي والطاقة الحركية على الترتيب:

أسطوانة مصمتة منتظمة نصف قطر قاعدتها (R). تؤثّر أربع قوى فيها حول محور يمرّ في مركزها (O) عموديًا على مستواها، كما هو موضح في الشكل المجاور. إذا علمت أنّ (r = 1/⁦2 R⁩)، فإنّ العلاقة الصحيحة بين العزوم الناتجة عن هذه القوى حول محور الدوران عند النقطة (O) هي:

مسطرة منتظمة متماثلة ترتكز على نقطة ارتكاز تقع عند منتصفها. ثُبّتت نقاط تعليق على أبعاد متساوية ورُقّمت بالأرقام (1-15)، ثمّ عُلّقت ثلاث حلقات متماثلة في المواقع كما هو مبيّن في الشكل الآتي. إذا أردنا إعادة المسطرة إلى وضع الاتزان السكوني، فإنّه يجب تعليق حلقة رابعة مماثلة للحلقات السابقة عند نقطة التعليق رقم:

يبين الشكل المجاور ميكانيكي سيارات يستخدم مفتاحًا لفك براغي عجل سيارة، بحيث يؤثر على المفتاح بقوتين مقدار كل منهما (F). الشكل الذي يبين الموقعين الصحيحين لنقطتي تأثير القوتين واتجاهيهما، بحيث ينتج عنهما أكبر عزم ازدواج هو:

مستعينًا بالجدول المجاور الذي يبين مقاومية بعض المواد عند درجة حرارة (⁦20°C⁩)، أجب عن الفقرتين (13، 14) الآتيتين: المادة التي تُصنّف على أنها عازلة للكهرباء عند درجة حرارة (⁦20°C⁩) هي:

مستعينًا بالجدول المجاور الذي يبين مقاومية بعض المواد عند درجة حرارة (⁦20°C⁩).

للحصول على مقاومة من المادة (B) مقدارها (⁦20Ω⁩) ومساحة مقطعها (⁦7 × 10⁻⁹⁩ m²)، فإن طولها بوحدة متر (m) يساوي:

سلك فلزي منتظم المقطع مقاومته الكهربائية (⁦9Ω⁩)، قُطّع إلى ثلاث قطع متساوية الطول، ثم وُصِلت هذه القطع جميعها معًا على التوازي. المقاومة المكافئة بوحدة أوم (Ω) لهذه القطع تساوي:

وُصِلت سيارة أطفال كهربائية مع شاحن كهربائي فرق جهده (⁦12V⁩)، وقدرته (⁦120W⁩) حتى اكتملت عملية الشحن. إذا علمت أن مقدار الطاقة الكهربائية التي انتقلت إلى البطارية في أثناء عملية الشحن تساوي (⁦2.4kWh⁩)؛ أجب عن الفقرتين (16، 17) الآتيتين: المدة الزمنية بوحدة ساعة (h) لاكتمال عملية الشحن تساوي:

وُصِلت سيارة أطفال كهربائية مع شاحن كهربائي فرق جهده (⁦12V⁩)، وقدرته (⁦120W⁩) حتى اكتملت عملية الشحن. إذا علمت أن مقدار الطاقة الكهربائية التي انتقلت إلى البطارية في أثناء عملية الشحن تساوي (⁦2.4kWh⁩).

التيار الكهربائي بوحدة أمبير (A) المار بين الشاحن وبطارية السيارة في أثناء عملية الشحن يساوي:

معتمدًا على بيانات الدارة الموضحة في الشكل المجاور، وإذا علمت أن: (I₁ = ⁦1.5 A⁩)، أجب عن الفقرتين (18، 19) الآتيتين: قراءة الأميتر بوحدة أمبير (A)، واتجاه التيار المار فيه:

معتمدًا على بيانات الدارة الموضحة في الشكل المجاور، وإذا علمت أن: (I₁ = ⁦1.5 A⁩).

فرق الجهد بين طرفي البطارية (ε₁) بوحدة فولت (V) يساوي:

معتمدًا على بيانات الدارة الموضحة في الشكل المجاور، فإنّ جهد النقطة (a) بوحدة فولت (V) يساوي:

في الشكل المجاور مغناطيس على شكل حرف (U)، إذا وُضعت بوصلة عند النقطة (a) التي تقع في المجال المغناطيسي للمغناطيس، فإنّ قطبها الشمالي سيشير إلى اتجاه محور:

يُمثّل الشكل المجاور العلاقة البيانية بين القوة المغناطيسية (F) المؤثرة في سلك نحاسي مستقيم طوله (L) موضوع في مجال مغناطيسي منتظم مقداره (B) والتيار (I) المار في السلك. إذا علمت أنّ متجه طول السلك يتعامد مع المجال، فإنّ ميل الخط المستقيم في الشكل بدلالة (L) و (B) يساوي:

في الشكل المجاور سلك مستقيم لا نهائي الطول يحمل تيارًا كهربائيًا مقداره (⁦5A⁩). بالاعتماد على الشكل؛ فإنّ مقدار المجال المغناطيسي بوحدة تسلا (T) الناشئ عن السلك عند النقطة (a)، واتجاهه:

في الشكل المجاور ملفان دائريان من النحاس مُتّحدان في المركز (C)؛ عدد لفات كل منهما (N). إذا علمت أنّ مقدار المجال المغناطيسي الناشئ عن الملف الخارجي في المركز (C) يساوي (B)، فإنّ مقدار المجال المغناطيسي المحصل في المركز (C) بدلالة (B)، واتجاهه:

ملف لولبي طوله (⁦0.8m⁩)، يحتوي على (100) لفة متراصة. إذا مرّ فيه تيار كهربائي (⁦2A⁩)، فإنّ مقدار المجال المغناطيسي داخل الملف عند نقطة تقع على محوره بوحدة تسلا (T) بدلالة (π) يساوي:

مجال مغناطيسي منتظم مقداره (B) يخترق سطحًا مساحته (A) وباتّجاه متعامد عليه، فكان التدفق الذي يخترق السطح مقداره (Φ). إذا غُيّر السطح الأول بسطح آخر مساحته (⁦2A⁩)؛ فإنّ مقدار التدفق الذي يخترقه بدلالة (Φ) يساوي:

ملف دائري مكوّن من (600) لفة، مساحة مقطعه العرضي (⁦10 × 10⁻³⁩ m²) مغمور في مجال مغناطيسي منتظم مقداره (⁦0.4T⁩) واتجاهه يصنع زاوية (⁦60°⁩) مع متّجه المساحة للملف. إذا قلّ مقدار المجال المغناطيسي إلى (⁦0.1T⁩) خلال (⁦0.1s⁩)، فإنّ القوة الدافعة الكهربائية الحثيّة المتوسطة بوحدة فولت (V) المتولّدة في الملف تساوي:

يوضح الشكل المجاور موصلاً (ab) طوله (⁦20cm⁩) مغمورًا داخل مجال مغناطيسي منتظم (B) ويتّصل مع مقاومة (⁦2Ω⁩)، ويتحرّك بسرعة مقدارها (v) باتّجاه (+x). التيار الكهربائي الحثي بوحدة أمبير (A) المتولّد في المقاومة نتيجة حركة الموصل يساوي:

عند تحريك المغناطيس بعيدًا عن الدارة الكهربائية الموضحة في الشكل المجاور، فإنّ ما يحدث لشدة إضاءة المصباح وقراءة الأميتر (A) على الترتيب:

محثّ معامل حثّه الذاتي (⁦4 × 10⁻⁶⁩ H)، مكوّن من (100) لفة ومساحة مقطعه العرضي (⁦1 × 10⁻⁵⁩ m²)، وملفوف حول أنبوب كرتوني يملؤه الهواء، ويسري فيه تيار كهربائي مقداره (⁦3A⁩). أجب عن الفقرتين (30، 31) الآتيتين: طول المحثّ بوحدة (cm) بدلالة (π) يساوي:

محثّ معامل حثّه الذاتي (⁦4 × 10⁻⁶⁩ H)، مكوّن من (100) لفة ومساحة مقطعه العرضي (⁦1 × 10⁻⁵⁩ m²)، وملفوف حول أنبوب كرتوني يملؤه الهواء، ويسري فيه تيار كهربائي مقداره (⁦3A⁩).

القوة الدافعة الكهربائية الحثيّة الذاتية المتوسطة بوحدة فولت (V) المتولّدة في المحثّ إذا عُكس اتّجاه التيار الكهربائي المارّ فيه خلال (⁦0.1s⁩) تساوي:

يوضح الشكل المجاور محولاً كهربائيًا مثاليًا. مستعينًا بالشكل وبياناته، فإن نوع المحوّل الكهربائي ومقدار التيار المار في المقاومة (R):

معتمدًا على الرسم البياني المجاور الذي يمثل تغير التيار بالنسبة للزمن في دارة تيار متردد تحتوي مقاومة فقط مقدارها (⁦30 Ω⁩)، أجب عن الفقرتين (33، 34) الآتيتين: 33- القدرة الكهربائية المتوسطة المستهلكة في المقاومة يُعبّر عنها بالعلاقة الآتية:

معتمدًا على الرسم البياني المجاور الذي يمثل تغير التيار بالنسبة للزمن في دارة تيار متردد تحتوي مقاومة فقط مقدارها (⁦30 Ω⁩).

التردّد الزاويّ بوحدة (rad/s) للتيار بدلالة (π) يساوي:

الناقلات الأغلبية للتيار الكهربائي في بلورة شبه الموصل من نوع (n) عند توصيلها بمصدر فرق جهد هي:

يمثل الشكل المجاور رمز الترانزستور في الدارات الكهربائية، الأجزاء المشار إليها بالأرقام (1, 2, 3) تمثل:

اعتمادًا على الشكل المجاور، وبإهمال فرق الجهد على طرفي الثنائي في حالة الانحياز الأمامي، أجب عن الفقرتين (37، 38) الآتيتين: 37- أحد العبارات الآتية صحيحة فيما يخص الثنائيين (D1, D2):

اعتمادًا على الشكل المجاور، وبإهمال فرق الجهد على طرفي الثنائي في حالة الانحياز الأمامي.

التيار الكهربائي المار في المقاومة (R2) بوحدة أمبير (A) يساوي:

يمثّل الرسم البياني المجاور العلاقة بين جهد الإيقاف ($V_{s}$) وتردّد الإشعاع (f) الساقط على باعث خلية كهروضوئية. مستعيناً بالبيانات المبيّنة على الرسم، أجب عن الفقرتين (39، 40) الآتيتين: (اعتبر أن: h = ⁦6.4 × 10⁻³⁴⁩) 39- تردّد العتبة (f₀) بوحدة هيرتز (Hz) لفلز الباعث يساوي:

يمثّل الرسم البياني المجاور العلاقة بين جهد الإيقاف ($V_{s}$) وتردّد الإشعاع (f) الساقط على باعث خلية كهروضوئية. مستعيناً بالبيانات المبيّنة على الرسم (اعتبر أن: h = ⁦6.4 × 10⁻³⁴⁩).

إذا سقط إشعاع تردّده (⁦10 × 10¹⁴⁩ Hz) على الباعث، فإنّ طول موجته بوحدة متر (m) يساوي:

يبيّن الشكل المجاور توضيحاً بسيطاً للتصوّر الذي وضعه أينشتين للظاهرة الكهروضوئية. بافتراض أن الفوتونات الساقطة على سطح الفلز جميعها تمتلك الطاقة نفسها، فإنّ الترتيب الصحيح للطاقات الحركية للإلكترونات المتحرّرة من سطح الفلز (1، 2، 3) هو:

يبيّن الجدول المجاور طاقات أربعة فوتونات مختلفة (1, 2, 3, 4). إنّ الفوتون اللازم إسقاطه على ذرة الهيدروجين لنقل إلكترونها من مستوى الاستقرار إلى أحد مستويات الإثارة هو الفوتون:

إذا علمت أنّ الزخم الزاوي لإلكترون ذرة الهيدروجين في أحد مستويات الطاقة يساوي (L). فإنّ طاقة الإلكترون بوحدة (eV) في هذا المستوى بدلالة (L) تساوي: (علماً بأنّ: ثابت بلانك: h ، ħ = h/2π)

نواة شحنتها الكهربائية (⁦8.0 × 10⁻¹⁸⁩ C) وعدد نيوكليوناتها (120)، أجب عن الفقرتين (44، 45) الآتيتين: 44- عدد نيوترونات هذه النواة يساوي:

نواة شحنتها الكهربائية (⁦8.0 × 10⁻¹⁸⁩ C) وعدد نيوكليوناتها (120).

العلاقة التي تُعبّر بشكل صحيح عن حجم هذه النواة (V) بدلالة كل من (π) والثابت (r₀)، هي:

تمتاز القوّة النوويّة بأنّها قوّة:

الديوترون ($D \equiv {}^{2}_{1}H$) يتكوّن من بروتون ونيوترون. معتمدًا على البيانات المثبتة على الشكل الآتي، فإنّ طاقة الربط النووية لكل نيوكليون للديوترون بوحدة (MeV) تساوي:

الإشعاعات النووية التي ليس لها كتلة أو شحنة هي:

في المعادلة النووية الآتية: $[\,{}^{A}_{Z}Cm + {}^{4}_{2}He \rightarrow {}^{245}_{98}Cf + {}^{1}_{0}n\,]$ إنّ مقدار كل من العدد الذري ($Z$) والعدد الكتلي ($A$) للنواة الأم ($Cm$):

يمثّل الرسم البياني المجاور منحنى الاستقرار النووي، والنقاط (A، B، X، Y) تمثّل نوى. النواة التي تُشعّ جُسيم بيتا السالب لكي تقترب من حالة الاستقرار هي: