نمونه سوال فصل ۳ فیزیک دوازدهم با جواب

یک سامانهٔ جرم ـ فنر و یک آونگ ساده، هرکدام تحت تأثیر نیروی محرک دوره‌ایِ جداگانه، در حالت تشدید هستند. جرم جسم را $4$ برابر و ثابت فنر را $9$ برابر می‌کنیم. همچنین طول آونگ را $4$ برابر می‌کنیم و شتاب گرانش ثابت می‌ماند. برای برقراری دوبارهٔ تشدید، بسامد نیروی محرک هر سامانه باید نسبت به مقدار اولیهٔ خودش چند برابر شود؟

چشمه‌ای با حرکت هماهنگ ساده، موجی پیوسته در محیطی یکنواخت ایجاد می‌کند. در یک بازهٔ زمانی $0.75\,\mathrm{s}$، چشمه $12$ نوسان کامل انجام می‌دهد و جبههٔ موج $6.0\,\mathrm{m}$ پیش می‌رود. بسامد زاویه‌ای چشمه و طول موج، به‌ترتیب کدام‌اند؟

دربارهٔ طیف امواج الکترومغناطیسی و انتقال انرژی توسط این امواج، کدام عبارت درست است؟

نوسانگری با دامنهٔ $A$ حرکت هماهنگ ساده انجام می‌دهد. این نوسانگر در لحظه‌ای از نقطهٔ تعادل در جهت منفی محور می‌گذرد و در دو لحظهٔ دیگر، به‌ترتیب در مکان‌های $x=+A$ و $x=-A$ قرار دارد. کدام عبارت دربارهٔ سرعت آن در این سه لحظه درست است؟

چشمه‌ای با بسامد زاویه‌ای $12\pi\,\mathrm{rad/s}$، موج تختی ایجاد می‌کند. این موج در محیط نخست با تندی $3\,\mathrm{m/s}$ به مرز محیط دوم می‌رسد و پرتو تابیده با خود مرز زاویهٔ $60^\circ$ می‌سازد. اگر سینوس زاویهٔ شکست برابر $\dfrac{1}{3}$ باشد، طول موج در محیط دوم کدام است؟

دو ایستگاه لرزه‌نگاری، امواج یک زمین‌لرزه را ثبت می‌کنند. در ایستگاه نخست، موج $S$ با تأخیر $14\,\mathrm{s}$ نسبت به موج $P$ و در ایستگاه دوم با تأخیر $35\,\mathrm{s}$ نسبت به موج $P$ دریافت می‌شود. اگر تندی موج‌های $P$ و $S$ به‌ترتیب $8\,\mathrm{km/s}$ و $4.5\,\mathrm{km/s}$ باشد و هر دو موج مسیر مستقیم یکسانی تا هر ایستگاه بپیمایند، اختلاف فاصلهٔ این دو ایستگاه از محل زمین‌لرزه چقدر است؟

در فنری افقی که انتهای راست آن ثابت است، یک تپ عرضیِ رو به بالا به سمت راست حرکت می‌کند و از انتهای ثابت بازمی‌تابد. کدام عبارت دربارهٔ این رویداد درست است؟

در تصویری لحظه‌ای از یک موج طولی سینوسی در فنر، فاصلهٔ مرکز تراکم اول تا مرکز تراکم چهارم برابر $90\,\mathrm{cm}$ است. هر حلقهٔ فنر در مدت $0.060\,\mathrm{s}$ یک نوسان کامل انجام می‌دهد. تندی انتشار موج و اندازهٔ جابه‌جایی حلقه‌ای که در همان تصویر در نقطهٔ میانی مرکز تراکم اول و دوم قرار دارد، به‌ترتیب کدام‌اند؟

دربارهٔ تار نوریِ توصیف‌شده در کتاب و کاربرد آن در آندوسکوپی، کدام عبارت درست است؟

در تصویری لحظه‌ای از یک موج طولی سینوسی در فنر، نقطهٔ $P$ مرکز یک تراکم بیشینه و نقطهٔ $Q$ مرکز نزدیک‌ترین انبساط بیشینه به آن است. نقطهٔ $R$ درست در میانهٔ فاصلهٔ این دو نقطه قرار دارد. در همان لحظه، اندازهٔ جابه‌جایی حلقه‌های واقع در این نقاط از مکان تعادل، چگونه است؟

در یک روز گرم، دمای هوا در نزدیکی سطح جاده با کاهش ارتفاع افزایش می‌یابد. در توضیح تشکیل سراب، برای جبههٔ موجی که پرتوهای متناظر آن به سمت پایین می‌آیند، کدام عبارت درست است؟

یک چشمهٔ صوت ساکن است و شنونده‌ای درحال دور شدن از آن است. کدام مورد در مقایسه با حالتی که این دو نسبت به هم ساکن‌اند، درست است؟

نوسانگری روی پاره‌خطی به طول $8\,\mathrm{cm}$ روی سطح افقی بدون اصطکاک، حرکت هماهنگ ساده انجام می‌دهد. اگر در لحظه‌ای که فاصلهٔ نوسانگر از نقطهٔ تعادل برابر $2\,\mathrm{cm}$ است، بزرگی شتاب برابر $\frac{\pi^2}{2}\frac{m}{s^2}$ باشد، تندی نوسانگر در لحظهٔ عبور از نقطهٔ تعادل چند متر بر ثانیه است؟

نمودار مکان ـ زمان یک نوسانگر هماهنگ ساده که دورهٔ حرکت آن $T$ است، مطابق شکل است. چه مدت پس از لحظهٔ $t_1$ نوسانگر برای اولین بار از مکان $x=+2\,\mathrm{cm}$ عبور می‌کند؟

شکل: نمودار $x(\mathrm{cm})$ بر حسب $t(\mathrm{s})$ یک سینوسی: روی محور مکان مقدار ۵ (دامنه، بیشینه) و $-2$ مشخص شده است. منحنی در $t=0$ از بیشینهٔ ۵ شروع می‌شود، نزولی است، از مبدأ می‌گذرد و در لحظهٔ $t_1$ به مکان $x=-2\,\mathrm{cm}$ می‌رسد (خط‌چین از نقطه تا محور مکان در $-2$ و خط‌چین قائم تا محور زمان با برچسب $t_1$)، سپس به کمینه می‌رسد، دوباره بالا می‌رود و ادامه می‌یابد.

یک سامانهٔ جرم ـ فنر را روی سطح افقی بدون اصطکاک در نظر بگیرید. جرم را به اندازهٔ مشخصی از مکان تعادل خود کشیده و سپس رها می‌کنیم. پس از مدت $0/15\,\mathrm{s}$ این جرم با تندی $0/5\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$ برای اولین بار از مکان تعادل خود عبور می‌کند. دامنهٔ حرکت این نوسانگر چند سانتی‌متر است؟ ($\pi=3$)

شدت صوتی $2\sqrt{10}\times10^5$ برابر شدت صوت مرجع است. تراز شدت این صوت چند دسی‌بل است؟ ($\log 2=0/3$)

نمودار تغییرات انرژی جنبشی برحسب مکان یک نوسانگر هماهنگ ساده به جرم $100\,\mathrm{g}$ مطابق شکل است. بزرگی شتاب نوسانگر در لحظه‌ای که از مکان $x=3\,\mathrm{cm}$ عبور می‌کند، چند متر بر مربع ثانیه است؟

شکل: نمودار K(mJ) برحسب x(cm). منحنی سهمی رو به پایین (قوس) است که در x=0 بیشینهٔ خود یعنی K=4 mJ را دارد و در x=-4 و x=+4 سانتی‌متر روی محور x به صفر می‌رسد.

آونگ ساده‌ای در مدت ۳۶ ثانیه، ۲۰ نوسان انجام می‌دهد. اگر طول آونگ $17\,\mathrm{cm}$ کاهش یابد، در مدت ۴۰ ثانیه چند نوسان انجام می‌دهد؟ $(g=\pi^2)$

تندی صوت در یک فلز خاص برابر $V_1$ است. به یک سر لولهٔ توخالی بلندی به طول $L$ از جنس این فلز ضربهٔ محکمی می‌زنیم. شنونده‌ای که در سر دیگر این لوله قرار دارد دو صدا را می‌شنود. یکی ناشی از موجی که از دیواره لوله می‌گذرد و دیگری از موجی است که از طریق هوای داخل لوله با تندی $V_2$ عبور می‌کند. بازهٔ زمانی بین این دو صدا در گوش شنونده کدام است؟

نمودار جابه‌جایی ـ مکان یک موج عرضی که با بسامد $8\,\mathrm{Hz}$ در یک ریسمان منتشر می‌شود، در یک لحظهٔ معین مطابق شکل زیر است. تندی ذرهٔ M در این لحظه چند متر بر ثانیه است؟

شکل: نمودار y برحسب x. محور قائم y بر حسب cm و محور افقی x بر حسب cm. منحنی سینوسی است که در x=0 در بیشینهٔ خود (y=10 cm) قرار دارد (مقدار ۱۰ روی محور y نوشته شده). منحنی در نقطه‌ای با x=10 cm محور x را قطع می‌کند و به سمت دره می‌رود (عدد ۱۰ زیر محور افقی در محل اولین تقاطع نوشته شده). پس از دره، منحنی دوباره محور x را در نقطهٔ M قطع می‌کند و سپس به قلهٔ بعدی می‌رسد. در سمت چپ محور y منحنی به‌صورت دره‌ای در x منفی ادامه دارد.

تار مرتعشی به قطر $2\,\mathrm{mm}$ و چگالی $7/8\,\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{cm^3}}$ با نیروی $234\,\mathrm{N}$ کشیده می‌شود و در آن موج عرضی با بسامد $200\,\mathrm{Hz}$ ایجاد می‌شود. فاصلهٔ یک قله و یک دره بعد از آن چند سانتی‌متر است؟ ($\pi=3$)

اگر از یک چشمهٔ صوت ۲۰ متر دور شویم، تراز شدت صوتی که به گوش می‌رسد، ۱۴ دسی‌بل تغییر می‌کند. فاصلهٔ اولیه از این چشمه صوت چند متر بوده است؟ (از جذب انرژی صوت توسط محیط صرف‌نظر شود و $\log 2 = 0/3$)

معادلهٔ حرکت نوسانگری در SI به صورت $x=0/04\cos\frac{4\pi}{3}t$ است. حداقل بازهٔ زمانی دو عبور متوالی از مکان $x=2\,\mathrm{cm}$ چند ثانیه است؟

بسامد نوری در خلأ $5\times10^{14}\,\mathrm{Hz}$ است و طول موج آن در مایعی $\frac{9}{20}\,\mu\mathrm{m}$ است. ضریب شکست آن مایع چقدر است؟ ($c=3\times10^{8}\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$)

دانش‌آموزی بین دو صخرهٔ قائم ایستاده است و فاصلهٔ بین دو صخره $1020\,\mathrm{m}$ است. دانش‌آموز فریاد می‌زند و اولین پژواک صدای خود را پس از $2\,\mathrm{s}$ و صدای پژواک دوم را $2\,\mathrm{s}$ بعد از پژواک اول می‌شنود. فاصلهٔ دانش‌آموز از صخرهٔ نزدیک‌تر چند متر است؟

نمودار مکان ـ زمان نوسانگری که حرکت هماهنگ ساده انجام می‌دهد، مطابق شکل زیر است. حداکثر تندی نوسانگر چند متر بر ثانیه است؟ ($\pi=3$)

شکل: نمودار $x(\mathrm{cm})$ بر حسب $t(\mathrm{s})$. روی محور $x$ مقادیر ۴ و ۲ مشخص شده است. منحنی سینوسی از $x=4$ در $t=0$ شروع می‌شود، کاهش می‌یابد، به مقدار منفی می‌رسد و سپس بالا می‌رود. خط‌چین افقی در $x=2$ تا نقطه‌ای روی منحنی در حال صعود در لحظهٔ $t=0/5$ (برحسب ثانیه) رسم شده است.

جسمی به جرم $2/0\,\mathrm{kg}$ به فنری با ثابت $2/0\,\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{cm}}$ متصل است و در راستای افقی با دامنۀ $8/0\,\mathrm{cm}$ نوسان می‌کند. وقتی تندی جسم $40\,\frac{\mathrm{cm}}{\mathrm{s}}$ است، انرژی پتانسیل کشسانی آن چند ژول است؟ (از نیروهای اتلافی چشم‌پوشی شود.)

در سیمی با چگالی $7/8\,\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{cm^3}}$ و سطح مقطع $0/5\,\mathrm{mm^2}$ یک موج عرضی ایجاد کرده‌ایم. اگر نیروی کشش سیم ۱۵۶ $\mathrm{N}$ باشد، مسافتی که این موج در مدت یک ثانیه طی می‌کند، چند متر است؟

ذره‌ای حرکت نوسانی ساده با دامنۀ $7\,\mathrm{mm}$ انجام می‌دهد. اگر بیشترین تندی این ذره $4/4\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$ باشد، دورۀ تناوب حرکت کدام است؟ ($\pi=\frac{22}{7}$)

یک نوسان‌ساز، موج‌هایی دوره‌ای در یک ریسمان کشیده‌شده ایجاد می‌کند، اگر کشش ریسمان را افزایش دهیم، «تندی موج»، «دورۀ تناوب موج» و «طول موج»، به ترتیب، چه تغییری می‌کنند؟

معادلهٔ حرکت هماهنگ سادهٔ یک نوسانگر در SI به‌صورت $x=0/02\cos 4\pi t$ است. در بازهٔ زمانی $t_1=\frac{1}{12}\mathrm{s}$ تا $t_2=\frac{7}{6}\mathrm{s}$، حرکت نوسانگر، چند ثانیه تندشونده است؟

مطابق شکل زیر، پرتو نور SI به آینهٔ (۱) می‌تابد و پس از بازتاب از آینهٔ (۲)، دوباره به آینهٔ (۱) می‌تابد. امتداد پرتو بازتاب نهایی با امتداد پرتو SI، زاویهٔ چند درجه می‌سازد؟

شکل: دو آینه تخت (۱) و (۲) با یکدیگر زاویهٔ ۵۰ درجه می‌سازند؛ آینهٔ (۱) افقی است و آینهٔ (۲) به سمت بالا مایل است. یک پرتو نور بنام SI با زاویهٔ ۳۰ درجه نسبت به سطح آینهٔ (۱) به آن می‌تابد.

جسمی به جرم $100\,\mathrm{g}$ به فنری متصل است و روی سطح افقی بدون اصطکاک، حرکت هماهنگ ساده انجام می‌دهد. اگر بیشینه انرژی جنبشی نوسانگر $0/8\,\mathrm{mJ}$ باشد، لحظه‌ای که انرژی پتانسیل نوسانگر $0/4\,\mathrm{mJ}$ است، سرعت نوسانگر چند سانتی‌متر بر ثانیه می‌شود؟

مطابق شکل زیر، نوسانگری روی محور $x$ حرکت هماهنگ ساده انجام می‌دهد. اگر حداقل زمانی که طول می‌کشد تا نوسانگر از مکان $x_1=1\,\mathrm{cm}$ در جهت مثبت محور $x$ عبور کند و به مکان $x_2=-1\,\mathrm{cm}$ برسد، برابر ۲ ثانیه باشد، انرژی مکانیکی نوسانگر چند میلی‌ژول است؟ ($\pi^2=10$)

شکل: فنری افقی که یک سر آن به دیوار سمت چپ متصل است و سر دیگرش به جسمی به جرم ۲۰۰g وصل است. محور x برحسب cm رسم شده و مکان‌های ۴- ، ۰ (مبدأ، مکان تعادل جسم) و A=۴ روی آن مشخص شده‌اند.

نوسانگر ساده‌ای روی پاره‌خطی به طول ۴ سانتی‌متر نوسان می‌کند و در هر ثانیه یک‌بار طول این پاره‌خط را طی می‌کند. بیشینهٔ سرعت این نوسانگر چند سانتی‌متر بر ثانیه است؟

اگر با زیاد کردن دامنهٔ یک صوت، شدت صوتی که به گوش می‌رسد، ۱۰۰۰ برابر شود، تراز شدت صوتی که می‌شنویم، چگونه تغییر می‌کند؟

یک موج عرضی در طنابی در حال انتشار است. کدام کمیت در یک بازهٔ زمانی معین برای تمام ذرات طناب یکسان است؟

شخصی بین دو صخرهٔ قائم و موازی ایستاده است و فاصله‌اش از صخرهٔ نزدیک‌تر ۵۱۰ متر است. اگر این شخص فریاد بزند، اولین پژواک صدای خود را ۳ ثانیه بعد می‌شنود و پژواک دوم را یک ثانیه پس از آن می‌شنود. فاصلهٔ بین دو صخره چند متر است؟

مطابق شکل زیر، پرتو نوری تحت زاویهٔ ۳۰° به آینه تخت (۱) می‌تابد و پس از بازتاب به آینه تخت (۲) می‌تابد. اگر در دومین بازتاب از آینهٔ (۱) پرتو نور موازی آینهٔ (۲) شود، زاویهٔ $\alpha$ چند درجه است؟

شکل: آینهٔ (۱) افقی در پایین و آینهٔ (۲) مایل در سمت چپ که با آینهٔ (۱) زاویهٔ α می‌سازد. پرتو تابش از سمت راست با زاویهٔ ۳۰° نسبت به خط عمود (خط‌چین قائم) به آینهٔ (۱) می‌تابد، بازتاب می‌شود و به آینهٔ (۲) می‌رسد.

در کدام‌یک از موارد زیر از مکان‌یابی پژواکی امواج فراصوت به‌همراه اثر دوپلر استفاده می‌شود؟