نمونه سوال فصل ۱ 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

تندی و جرم نرده‌ای‌اند و برای بیان آن‌ها عدد و یکای مناسب کافی است؛ بنابراین گزارش تندی کامل است، اما گزارش جرم به دلیل نداشتن یکا ناقص است. سرعت متوسط و نیرو برداری‌اند و علاوه بر عدد و یکا، جهت نیز برای بیان کامل آن‌ها لازم است. در گزارش سرعت متوسط، جهت شمال ذکر شده است، ولی گزارش نیرو جهت ندارد. پس گزارش‌های جرم و نیرو ناقص‌اند (صفحهٔ ۶). پاسخ: گزینهٔ ۴

جرم جسم از تفاضل جرم ظرف پُر و ظرف خالی به دست می‌آید: $m=62.46-12.3=50.16\,\mathrm{g}$. در تفریق، محل آخرین رقم اعشاری دادهٔ کم‌دقت‌تر تعیین‌کننده است؛ بنابراین جرم جسم باید به صورت $50.2\,\mathrm{g}$ گزارش شود (صفحهٔ ۱۶). مطابق دستور سؤال، همین مقدار گزارش‌شده را در محاسبهٔ نیرو به کار می‌بریم. برای سازگاری یکاها، $m=0.0502\,\mathrm{kg}$ است و در نتیجه $F=ma=(0.0502\,\mathrm{kg})(2.00\,\mathrm{m/s^2})=0.1004\,\mathrm{N}$ (صفحهٔ ۱۱). جرم و شتاب هر دو سه رقم بامعنا دارند؛ پس حاصل ضرب نیز باید با سه رقم بامعنا، یعنی $0.100\,\mathrm{N}$، گزارش شود. صفرهای پایانی این عدد اعشاری بامعنا هستند (صفحهٔ ۱۶). پاسخ: گزینهٔ ۴

فیزیک بر تجربه تکیه دارد و نظریه‌های آن باید در برابر آزمون‌های تجربی بررسی شوند. با این حال، سازگاری با آزمایش‌های موجود به معنای اعتبار همیشگی نیست؛ یافته‌های جدید ممکن است اصلاح یا جایگزینی نظریه را لازم کنند. این اصلاح‌پذیری عامل پیشرفت دانش است، نه نشانهٔ ضعف آن (صفحهٔ ۲). همچنین، تحلیل نقادانه و اندیشه‌ورزی فعال در پیشبرد فیزیک نقشی اساسی دارند؛ بنابراین آزمایش جای تفکر را نمی‌گیرد، بلکه یافته‌های آن موضوع بررسی و تحلیل قرار می‌گیرند (صفحهٔ ۳). پاسخ: گزینهٔ ۲

در این روش، دورهای سیم باید بدون فاصله، بدون تغییر شکل و در یک لایه کنار هم باشند. اگر تعداد دورها را $n$، قطر سیم را $d$ و پهنای مجموعه را $L$ بنامیم، داریم $L=nd$ و در نتیجه $d=L/n$. پس در آرایش نخست، $d=12/40=0.30\,\mathrm{mm}$ و در آرایش دوم نیز $d=24/80=0.30\,\mathrm{mm}$ است. این روش از فعالیت اندازه‌گیری قطر سیم با خط‌کش و استفاده از اندازه‌گیری یک طول بزرگ‌تر بهره می‌گیرد (صفحه‌های ۱۴ و ۱۵). طبق فرض سؤال، کوچک‌ترین تغییر قابل‌تشخیص پهنای کل در هر دو آرایش $1\,\mathrm{mm}$ است. بنابراین کوچک‌ترین تغییر قابل‌تشخیص قطر در آرایش اول $1/40\,\mathrm{mm}$ و در آرایش دوم $1/80\,\mathrm{mm}$ خواهد بود. نسبت مقدار دوم به اول برابر $1/2$ است؛ یعنی با وجود تغییرنکردن دقت خود خط‌کش، قدرت تشخیص قطر بهتر می‌شود. پاسخ: گزینهٔ ۱

اصلی یا فرعی بودن یکا به شیوهٔ تعریف آن مربوط است، نه به داشتن نام ویژه. یکای نیرو برحسب یکاهای اصلی به‌صورت $\mathrm{kg\cdot m/s^2}$ بیان می‌شود؛ بنابراین فرعی است. نام نیوتون تنها بیان این یکا را ساده‌تر می‌کند. همچنین، استاندارد اندازه‌گیری باید تغییرناپذیر و در مکان‌های مختلف بازتولیدپذیر باشد و به دلیل وجود ارتباط میان کمیت‌ها، تعریف یکای مستقل برای تک‌تک آنها ضرورت ندارد. (صفحهٔ ۷) پاسخ: گزینهٔ ۱

تندی متوسط برابر نسبت مسافت کل به زمان کل است. (صفحهٔ ۷) با استفاده از تبدیل‌های طول، مسافت بخش نخست $d_1=1852\,\mathrm{m}$ و مسافت بخش دوم برابر است با $d_2=1100\times1.04=1144\,\mathrm{m}$. (صفحهٔ ۲۱) بنابراین، مسافت کل $d=1852+1144=2996\,\mathrm{m}$ و تندی متوسط $v_{\mathrm{av}}=\frac{2996}{140}=21.4\,\mathrm{m/s}$ می‌شود. پاسخ: گزینهٔ ۴

در مدل‌سازی باید ویژگی‌ها و اثرهای کم‌اهمیت را ساده کرد، نه اثرهایی را که در پدیده نقش تعیین‌کننده دارند. ذره‌فرض‌کردن جسم به معنای چشم‌پوشی از اندازه و شکل آن است و مانع درنظرگرفتن نیروهای وارد بر جسم نمی‌شود. چون در وضعیت توصیف‌شده نیروی دست و اصطکاک هر دو مهم‌اند، باید هر دو در مدل باقی بمانند. فرض خلأ نیز فقط اثر هوا را کنار می‌گذارد و دلیلی برای حذف اصطکاک سطح نیست. این روش با مدل جسم هل‌داده‌شده در کتاب سازگار است. (صفحه‌های ۵ و ۶) پاسخ: گزینهٔ ۳

در معرفی کاربردهای فیزیک، برای میکروسکوپ الکترونی روبشی از تصویربرداری به کمک باریکهٔ الکترونی یاد شده است. در مقابل، پیچه‌های ابررسانا به قطار مغناطیسی مربوط‌اند و نظریهٔ نسبیت در بخشی از دقت سامانهٔ موقعیت‌یابی جهانی نقش دارد. بنابراین نباید سازوکار این سه فناوری را با یکدیگر جابه‌جا کرد. (صفحه‌های ۳ و ۴) پاسخ: گزینهٔ ۳

بر اساس رابطه‌های یکاهای قدیمی جرم، هر من تبریز هم برابر با چهل سیر و هم برابر با ششصد و چهل مثقال است؛ پس داریم: $1\,\text{سیر}=\frac{640}{40}\,\text{مثقال}=16\,\text{مثقال}$. بنابراین جرم جسم نخست برابر با $3\times16=48\,\text{مثقال}$ است. با استفاده از $F=ma$ و برابری شتاب دو جسم، نسبت نیروها با نسبت جرم‌ها برابر می‌شود: $\frac{F_1}{F_2}=\frac{m_1}{m_2}=\frac{48}{2}=24$. برای محاسبهٔ این نسبت، تبدیل جرم‌ها به کیلوگرم لازم نیست؛ یکسان‌بودن یکای دو جرم کافی است. (صفحهٔ ۱۱) پاسخ: گزینهٔ ۱

در جدول طول‌ها، قطر اتم هیدروژن برابر با $1.06\times10^{-10}\,\mathrm{m}$ و قطر پروتون برابر با $1.75\times10^{-15}\,\mathrm{m}$ آمده است. بنابراین نسبت نخست برابر است با $\frac{1.06\times10^{-10}}{1.75\times10^{-15}}\approx0.606\times10^5\approx6\times10^4$. (صفحهٔ ۸) از جدول جرم‌ها نیز داریم: $\frac{m_{\text{اتم هیدروژن}}}{m_{\text{الکترون}}}=\frac{1.67\times10^{-27}}{9.11\times10^{-31}}\approx0.183\times10^4=1.83\times10^3\approx2\times10^3$. پس دو نسبت به‌ترتیب حدود شصت هزار و دو هزار هستند. (صفحهٔ ۹) پاسخ: گزینهٔ ۴