نمونه سوال فیزیک دهم با جواب

در مدل ساده‌شدهٔ پرتاب توپ، عواملی مانند اثر هوا و تغییر وزن با فاصله از مرکز زمین کنار گذاشته می‌شوند؛ بنابراین مناسب‌بودن این فرض‌ها باید در شرایط آزمایش بررسی شود (صفحهٔ ۵). از سوی دیگر، استفاده از ابزار دقیق‌تر و روش صحیح، خطای اندازه‌گیری را کم می‌کند، اما آن را کاملاً از بین نمی‌برد (صفحهٔ ۱۴). پس مشاهدهٔ اختلاف، به‌تنهایی منشأ آن را قطعی نمی‌کند و باید هم محدودیت اندازه‌گیری و هم فرض‌های مدل بررسی شوند. امکان اصلاح مدل بر پایهٔ آزمایش‌های تازه نیز از ویژگی‌های دانش فیزیک است (صفحهٔ ۲). پاسخ: گزینهٔ ۳

عدد $31.3\,\mathrm{cm}$ از چهار دادهٔ دیگر فاصلهٔ زیادی دارد؛ بنابراین مطابق روش بیان‌شده در کتاب، آن را در میانگین‌گیری منظور نمی‌کنیم (صفحه‌های ۱۴ و ۱۵). نتیجهٔ اندازه‌گیری برابر است با $\overline{L}=\frac{21.2+21.4+21.3+21.3}{4}\,\mathrm{cm}=21.3\,\mathrm{cm}$. دقت ابزار رقمی نیز یک واحد از آخرین رقم خوانده‌شده است. چون دستگاه طول را با یک رقم اعشار بر حسب سانتی‌متر نمایش می‌دهد، دقت آن $0.1\,\mathrm{cm}$ است (صفحهٔ ۱۵). پاسخ: گزینهٔ ۱

در سردکردن سریع بعضی مواد، از جمله فلزها، ذرات فرصت پیدا نمی‌کنند آرایش منظم بلوری تشکیل دهند و ساختار بی‌شکل پدید می‌آید. چنین فلزهایی با گرم‌شدن تا دمای معینی می‌توانند به‌سرعت بلورین شوند. از سوی دیگر، بی‌شکل بودن به نامنظم بودن آرایش ذرات مربوط است، نه به حذف نوسان آنها در اطراف جایگاه‌هایشان. همچنین کتاب، ساختار بی‌شکل شیشه‌های طبیعی را پایدار معرفی می‌کند؛ بنابراین نمی‌توان رفتار فلز مورد آزمایش را به آنها تعمیم داد (صفحهٔ ۲۴). پاسخ: گزینهٔ ۴

طبق کتاب، فاصلهٔ میانگین مولکول‌های هوا در شرایط معمولی حدود $35\,\mathrm{\mathring{A}}$ است (صفحهٔ ۲۵–۲۶). بنابراین نسبت فاصلهٔ میانگین به اندازهٔ مولکولِ فرض‌شده برابر است با $\frac{35\,\mathrm{\mathring{A}}}{2.5\,\mathrm{\mathring{A}}}=14$. از طرفی، با استفاده از $1\,\mathrm{\mathring{A}}=10^{-10}\,\mathrm{m}$ و $1\,\mathrm{nm}=10^{-9}\,\mathrm{m}$ داریم: $35\,\mathrm{\mathring{A}}=3.5\,\mathrm{nm}$ (صفحهٔ ۲۴ و صفحهٔ ۲۷–۲۸). پاسخ: گزینهٔ ۲

در ترمزگیری همراه با لغزش چرخ‌ها، اصطکاک سبب کاهش انرژی جنبشی خودرو و گرم‌شدن لاستیک‌ها و جاده می‌شود؛ بنابراین انرژی درونی آن‌ها افزایش می‌یابد. اصطلاح انرژی تلف‌شده به معنای نابودی انرژی نیست، بلکه به تبدیل آن به شکلی اشاره دارد که معمولاً استفادهٔ دوباره از آن دشوار است (صفحهٔ ۷۱). این تبدیل با قانون پایستگی انرژی سازگار است (صفحهٔ ۷۲). همچنین برابری دما به‌تنهایی برابری انرژی درونی را تضمین نمی‌کند و در حرکت افقی، افزایش ارتفاعی رخ نداده است که انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل گرانشی تبدیل شود. پاسخ: گزینهٔ 3

طبق قضیهٔ کار ــ انرژی جنبشی، کار کل در بخش نخست برابر است با $W_{AB}=K_B-K_A=70-40=30\,\mathrm{J}$ و در بخش دوم داریم $W_{BC}=K_C-K_B=40-70=-30\,\mathrm{J}$؛ پس این دو کار هم‌اندازه و دارای علامت مخالف‌اند (صفحهٔ ۶۱). کار کل مسیر نیز صفر است. چون جرم جسم ثابت و $K_A=K_C$ است، از رابطهٔ $K=\frac{1}{2}mv^2$ نتیجه می‌شود تندی ابتدا و انتهای مسیر برابر است؛ اما افزایش انرژی جنبشی در نقطهٔ میانی نشان می‌دهد تندی در تمام مسیر ثابت نبوده است (صفحهٔ ۵۴). خمیده‌بودن مسیر نیز مانع استفاده از این قضیه نیست و صفر بودن کار کل، صفر بودن نیرو در تمام نقاط را ایجاب نمی‌کند (صفحهٔ ۶۲). پاسخ: گزینهٔ 1

آب در دماهای بالاتر از $4^\circ\mathrm{C}$ رفتار معمول دارد؛ بنابراین با سرد شدن از $8^\circ\mathrm{C}$ تا $4^\circ\mathrm{C}$، حجم آن کاهش و چگالی آن افزایش می‌یابد. با ادامهٔ سرد شدن از $4^\circ\mathrm{C}$ تا $2^\circ\mathrm{C}$، رفتار غیرعادی آب ظاهر می‌شود: حجم افزایش و چگالی کاهش می‌یابد. در نتیجه، حجم در طول مسیر ابتدا کم و سپس زیاد می‌شود و چگالی در $4^\circ\mathrm{C}$ بیشینه است. این دما میان دو دمای ابتدا و انتهای مسیر قرار دارد. (صفحهٔ ۹۵) پاسخ: گزینهٔ ۳

طبق تعریف ظرفیت گرمایی، افزایش دمای جسم برابر است با $\Delta T=\frac{Q}{C}=\frac{9000}{450}=20\,\mathrm{K}$. (صفحهٔ ۹۷) تغییر دما در مقیاس‌های کلوین و سلسیوس مقدار عددی یکسانی دارد، پس $\Delta\theta=20^\circ\mathrm{C}$. با نوشتن رابطهٔ $F=\frac{9}{5}\theta+32$ برای ابتدا و انتهای فرایند و تفریق آن‌ها، داریم $\Delta F=\frac{9}{5}\Delta\theta=36^\circ\mathrm{F}$. بنابراین دماسنج در پایان $F_2=50+36=86^\circ\mathrm{F}$ را نشان می‌دهد. (صفحه‌های ۸۴ و ۸۵) پاسخ: گزینهٔ ۱