فصل اول:   فیزیک و اندازه گیریهای کمیت های فیزیکی

 سوال : مبحث علم فیزیک را به اختصار شرح دهید ؟

 جواب : واژه فیزیک بر گرفته از کلمه یونانیphysics  به معنای طبیعت و ماهیت است و بر این اساس فیزیک علمی است که بر روی ماهیت و طبیعت ذاتی و بنیادی اجسام و پدیده ها می پردازد .

سوال : ویژگیهای دستگاه و موضوع فیزیکی چگونه است ؟

 جواب : موضوع یا دستگاه مورد بحث در علم فیزیک می تواند بسیارساده و یا بسیار پیچیده باشد مانند سنگ در حال سقوط آزاد و یاحرکت گلوله روی سطح شیب دار و ...

 سوال :مواردی که انتظار می رود یک دانش آموز در هنگام آموختن فیزیک بیاموزد را به اختصار شرح دهید ؟

 جواب : در این درس از شاگرد انتظار می رود بیاموزد که چگونه مشاهده کند . بررسی کند . به آزمایش بپردازد . و نتایج آزمایشات رابدرستی ثبت کند و چگونه این نتایج را به دیگران توضیح دهد و به بحث و بررسی نتایج بپردازد و با کسب مهارتهای ریاضی لازم بتواند نتایج  و مفهوم های فیزیکی را با جملات دقیق بیان کند .

 سوال : رکن های ا صلی علم فیزیک را نام ببرید ؟     

 جواب :   1 –  هدف فیزیک    2-  روش رسیدن به هدف

 سوال : در مورد روش علم فیزیک به اختصار توضیح  دهید ؟

 جواب : در فیزیک موضوع مورد نظر بوسیله تجربه ( یعنی انجام آزمایشهای متعدد )  و تجزیه و تحلیل  ریاضی مورد بحث و بررسی قرارمی گیرد که این روش به روش گالیله ای معروف است .

 سوال : منظوراز تجربه فیزیکی چیست ؟

 جواب : یعنی جمع آوری ا طلاعات از موضوع مورد بحث بوسیله یکسری آزمایشات و اندازه گیریهای مختلف .

 سوال : تعریف مشاهده فیزیکی ؟

 جواب : مجموعه فعالیتهای تجربی را که بوسیله آزمایشات و اندازه گیریهای مختلف صورت می گیرد را گویند .

 سوال : به اختصار توضیح دهید کار فیزیکدانان تجربی چیست ؟

 جواب : افرادی که بیشتر در زمینه طرح ریزی و انجام آزمایشات فیزیکی و جمع آوری ا طلاعات از طریق انداره گیری مشغول پژوهش می باشند به فیزیکدانان تجربی معروفند . 

 سوال : به اختصار توضیح دهید کار فیزیکدانان نظری چیست ؟

 جواب : دانشمنداني که با تجزیه و تحلیل  داده های حاصل از مشاهدات تجربی نظریه می سازند به فیزیکدانان نظری معروفند .

 سوال : یک فیز یکدان در مرحله تجزیه و تحلیل  داده های تجربی چه می کند ؟

 جواب : آنان با بررسی دقیق یافته های حاصل ازمشاهدات تجربی که بوسیله یکسری آزمایشات فیزیکی بدست آمده اند سعی  می کنند رابطه بین داده ها را کشف کنند . 

 سوال : تعریف مدل فیزیکی ؟

 جواب : تصور ذهنی یک نظریه پرداز از یک واقعیت بیرونی است که در ساختن یک نظریه جدید به کمک فیزیکدان نظری می آید .

 سوال : تعریف نظریه فیزیکی ؟

 جواب : یک نظریه  مجموعه ای از مدلها و رابطه هایی است که از طریق تجربه ها بدست می آیند بطوریکه هر گاه تصور ذهنی یکنظریه پرداز یعنی مدل فیزیکی با واقعیات  بیرونی منطبق باشد , منجر به کشف روابط آن پدیده و در نهایت ایجاد یک نظریه جدیدفیزیکی می شود . 

 سوال : به نظر شما یک نظریه فیزیکی برای اینکه مورد تایید همگان قرار گیرد می بایست دارای چه ویژگیهایی باشد ؟

 جواب: اول اینکه با همه یافته های تجربی و نظریه های معتبر قبلی سازگار باشد و دوم اینکه پیش بینیهايی که بوسیله دانشمندانبراساس این نظریه صورت می گیرد , بوسیله آزمایش و تجربه مورد تایید واقع شود .

 سوال : یک نظریه جدید در چه صورت جایگزین یک نظریه قدیمی می شود ؟                                                                                        

 جواب :هر گاه پیش بینیهای صورت گرفته بوسیله یک نظریه از لحاظ کمی سازگاری بهتری با داده های تجربی داشته باشد و یا تعداد بیشتری از پدیده ها را توجیه نماید .

 سوال :شاخه های مختلف علم فیزیک را نام ببرید ؟   اختر فیزیک  ( نجوم )  –  فیزیک هسته ای  -  فیزیک اتمی  -  فیزیک پلاسما    – فیزیک ذره های بنیادی – و فیزیک لیزر و ...                 

تحقیق : نقش علم فیزیک را در پیشبرد فناوری تحقیق کنید و نتیجه را در کلاس مورد بحث و بررسی قرار دهید .

 سوال : تعریف کمیت فیزیکی  را با ذکر یک مثال بنویسید ؟

 جواب : به هر چیزی را که قابلیت اندازه گیری داشته باشد و بتوان آن را با روش و وسیله و یکای معین اندازه گرفت , کمیت فیزیکیگویند . مانند جرم

 سوال :  یکای فیزیکی را تعریف کنید و در مورد دسته بندی یکاهای فیزیکی به اختصار توضیح دهید ؟

 جواب : به یک مقدار مشخص و معین از هر کمیت فیزیکی که مقیاس سنجش آن کمیت فیزیکی بشمار می رود یکای فیزیکی ویا واحد آن کمیت فیزیکی می گویند . و به دو دسته  اصلی و فرعی تقسیم می شوند . یکاهای ا صلی مهم عبارتند از متر -   کیلوگرم -   ثانیه -  و یکاهای فرعی مانند کیلومتر – تن – ساعت و ...

 سوال : تفاوت یکاهای ا صلی با یکاهای فرعی را بنویسید ؟

 جواب : یکاهای اصلی بطور مستقل بیان می شوند ولی یکاهای فرعی مستقل بیان نمی شوند و به کمک یکاهای ا صلی بیان میشوند مانند یکای فرعی کیلومتر که به کمک یکای اصلی متر بیان شده است .

 سوال : چرا دانشمندان در نشست بین المللی خود , برای اندازه گیری هر کمیت فیزیکی یکای معینی تعریف کرده اند ؟   

جواب : برای اینکه رقم های حاصل از اندازه گیریهای مختلف یک کمیت در شرایط یکسان و در مکانهای متفاوت یکی باشد و کلیهدانشمندان با زبان علمی یکسانی بتوانند از نظریات و تجربه های همدیگر استفاده کنند و در نتیجه پیشرفتهای علمی قابل استفاده تمامی کشورها و اقوام مختلف قرار گیرد

 سوال : یکای هر کمیت فیزیکی می بایست دارای چه ویژگیهایی باشد ؟

 جواب : 1 – مقدار معینی از یک کمیت فیزیکی باشد  و در شرایط فیزیکی مختلف تغییر نکند.2-  به آسانی و به سهولت در دسترسباشد .  

 سوال : تعریف کمیت های ا صلی و فرعی را با ذکر مثال بنویسید ؟

 جواب :کمیت هایی مانند طول – جرم و زمان که یکاهای مستقلی دارند و بدون استفاده از یکاهای دیگر بیان می شوند کمیت هایاصلی نامیده می شوند ولی برعکس کمیت هایی مانند حجم – مساحت و سرعت که یکای مستقلی ندارند و یکای آنها به کمک یکاهای ا صلی بیان می شود به کمیت های فرعی معروفند . 

 سوال : در مورد روش و چگونگی انتخاب یکاهای طول – جرم و زمان بطور جداگانه برای کار کلاسی گزارشی تهیه کرده و در کلاسارائه کنید :

 سوال : تعریف اندازه گیری در علم فیزیک را بنویسید ؟

 جواب : سنجیدن ویژگیها و مشخصات یک کمیت بر اساس یکای معین و روش مشخص و با وسیله مناسب را گویند .

 سوال : چرا مو ضوعاتی مانند خنده و گریه و امثال اینها نمی تواند مورد بحث علم فیزیک واقع شوند ؟

 

جواب :  چون علم فیزیک  یکای مشخص و روش مشخص و وسیله مناسب برای سنجیدن عوا طف روحی را در اختیار ندارد . درنتیجه خنده و گریه قابلیت اندازه گیری شدن ندارند .  

 سوال : در مورد جایگاه علم اندازه گیری در فیزیک توضیح دهید و بنویسید هدف هر نظریه فیزیکی چیست ؟

 جواب : اندازه گیری در فیزیک از اهمیت زیادی برخوردار است به طوریکه می توان علم فیزیک را در اصل علم اندازه گیری مي نامند و مفهوم های اساسی را در فیزیک بر حسب اندازه گیریها بیان می کنند . و هدف هر نظریه فیزیکی بیان ارتباط چند اندازه گیری به همدیگر است .

سوال : دقت اندازه گیری را تعریف کنید ؟

 جواب :  کوچکترین مقداری را که یک وسیله اندازه گیری می تواند اندازه بگیرد را گویند مثلا خط کش میلیمتری دقت میلیمتری دارد .

 سوال : تعریف خطای اندازه گیری را بنویسید و در مورد انواع خطای آزمایش توضیح دهید ؟

 جواب : به مقدار کوچکتر از دقت اندازه گیری یک وسیله که آن وسیله قادر به اندازه گیری آن نیست خطای ابزاری آن وسیله گویند در ضمن خطای ابزاری می تواند ناشی از فرسودگی و استاندارد نبودن وسیله اندازه گیری باشد  و به مجموع خطای ابزاری و خطای شخصی  خطای آزمایش ویا خطای اندازه گیری گویند

 سوال : تعریف خطای شخصی ؟ جواب : خطاهای حاصل از بی دقتی -  بی توجهی - کم حوصلگی و ... آزمایش کننده را خطایشخصی گوییم .

 سوال : برای اندازه گیری کمیت طول چه ابزارهایی را پیشنهاد می کنید به اختصار شرح دهید ؟

 جواب :  برای طولهای خیلی کوچک مثلا ضخامت سیم از از ریز سنج و برای اندازه گیری قطر سیم از کولیس استفاده می کنند وبرای سنجش طول های معمولی از خط کش یا مترهای نواری استفاده می شود و برای اندازه گیری طول های خیلی بزرگ از دستگاه دوربین نقشه برداری و فرمولهای هندسی کمک می گیرند .

 سوال : در مورد نحوه بکار گیری دستگاه کولیس شرح دهید ؟

 جواب : کولیس برای اندازه گیری قطرهای داخلی و خارجی و عمق حفره ها و شکافها بکار می رود و از یک قسمت ثابت خط کش 

مدرج میلیمتری و یک قسمت متحرک بنام ورنیه ساخته شده است و خود ورنیه مدرج است . برای اندازگیری قطر خارجی, جسم رابین دو پاشنه آن قرار می دهیم و برای  اندازه گیری قطر داخلی,  جسم را بین دو  شاخک آن قرار داده و قسمت متحرک را حرکتمی دهیم تا شاخکها و یا پاشنه ها کاملا باجسم در تماس باشند و در این حالت پیچ روی قسمت متحرک را می بندیم تا دو قسمت جابجا نشوند و از روی خط کشهای قسمت متحرک و ورنیه اندازه را  می خوانیم رقم خط کش را  از روی  درجه بندی خط کش تا صفر

 ورنیه بصورت میلیمتری می خوانیم و درجه ای از ورنیه را که کاملا منطبق بر یکی از درجه های خط کش است را را با در نظر گرفتندقت کولیس , انتخاب می کنیم   و مجموع این دو رقم نشانگر اندازه مورد نظر است  .

                                             تعداد تقسیمات ورنیه    /  کوچکترین درجه خط کش   =  دقت کولیس 

 سوال : دقت کولیسی را تعیین کنید که درجه بندی خط کش آن میلیمتری بوده و تعداد تقسیمات ورنیه آن 10 قسمت است ؟    

 جواب :   mm              1/0=10/1= تعداد تقسیمات ورنیه    /  کوچکترین درجه خط کش   =  دقت کولیس 

 

سوال : بعد از گذاشتن یک لوله در بین شاخکهای یک کولیس صفر ورنیه بعد از  عدد 42 خط کش میلیمتری قرارمی گیرد و چهارمین درجه ورنیه نیز منطبق برروی یکی از درجات خط کش می افتد تعیین کنید در این حالت اندازه قطر داخلی لوله چقدر است ؟ دقت کولیس 1/0 میلیمتر است .

 جواب :                                  mm  4/42= mm  4 /0 +  mm 42  =   اندازه قطر داخلی لوله

سوال : نحوه بکار گیری دستگاه ریز سنج را شرح دهید ؟

 جواب :  ریزسنج برای اندازه گیری ضخامت ورقه ها و قطر سیمهای نازک بکار گرفته می شود . این وسیله از یک مهره استوانه ایمدرج که برروی آن یک قسمت سندان مانند نیز قرار دارد و یک پیچ مدرجی که در داخل کلاهک می چرخد  تشکیل شده است و در ته آن یک پیچ هرزگرد قرار دارد که کلاهک را بر روی مهره جابجا می کند  در اغلب ریز سنجها  اگر کلاهک یک دور بچرخد زبانه متحرک نیم میلیمتر  جابجا می شود و محیط  لبه کلاهک به پنجاه قسمت مساوی تقسیم شده  است  بنابراین  هر درجه روی کلاهک      

              01/0 میلیمتر است .  ( mm  01/0 =  50 /  5/0 )

 بطوریکه  برای استفاده از دستگاه جسم را در بین زبانه های ثابت و متحرک سندان قرار می دهیم و اندازه را از روی مهره و کلاهکپیچ مدرج  می خوانیم .

 سوال : وقتی سوزنی را در بین زبانه های ریزسنجی قرار می دهیم درجه بندی روی مهره 5/1 میلیمتر و درجه ای از کلاهک که درجلوی خط راست روی مهره است 25/0 میلیمتر ( عدد 25 ) می شود  تعیین کنید قطر سوزن چقدر است ؟  

 جواب :                            میلیمتر  75/1  = 25/0 میلیمتر      +   5/1 میلیمتر  =  قطر سوزن

  سوال : به اختصار توضیح دهید که  نحوه اندازه گیری ارتفاع یک برج  به چه صورت است ؟

 

 

 

جواب  :  اگر جسم را مطابق شکل به گونه ای بگیریم که از بالای قسمت سر آن بالا ترین نقطه برج دیده شود در این حالت با معلوم

  با معلوم کردن اندازه سایه یک جسم اختیاری و اندازه گیری طول سایه ساختمان از فرمول زیر طول سایه را بدست     

 می آوریم :

                                         طول سایه جسم/ طول سایه ساختمان       = طول جسم / ارتفاع ساختمان

 روش دومی را شما پیشنهاد کنید .

  سوال : به اختصار بنویسید  عمق آب اقیانوس را چگونه اندازه می گیرند ؟

 جواب :  از روی سطح آب بوسیله یک فرستنده رادیوئی موجی که سرعت حرکت آن در داخل آب معلوم است را به داخل  عمق آب

 ارسال می کنند و بوسیله کرنومتر زمان دریافت همان موج را در سطح آب بوسیله گیرنده موجی ثبت می کنند  بطوریکه زمان ثبتشده زمان رفت و برگشت موج است نصف این رمان را تعیین می کنند و از فرمول حرکت یکنواخت مسافت رفت که همان عمق آب

 است را بدست می آورند طبق فرمول : x = v t  

 سوال : نحوه اندازه گیری کمیت ا صلی جرم را به اختصار شرح دهید  ؟

 جواب : اندازه گیری جرم با کمک ترازوهای کامپیوتری و دو کفه ای ویا ترازوی شاهین دار صورت می گیرد و اندازه گیری جرمهایخیلی بزرگ نیز بوسیله باسکول انجام می گیرد .

 سوال : به اختصار توضیح دهید جرم یک پر قو را چگونه اندازه می گیرید ؟

 جواب : به تعداد معلوم مثلا  پنج هزار پر قو مشابه را انتخاب و تعیین جرم می کنیم و از تقسیم عدد بدست آمده بر عدد  تعداد پر قوجرم یک پر قو را تعیین می کنیم .

 سوال : روش اندازه گیری زمان نوسان یک آونگ ساده را به اختصار شرح دهید ؟

 جواب : زمان صد نوسان کامل ( حرکت رفت و برگشت ) آونگ را با کرنومتر تعیین می کنیم و برای بدست آوردن زمان یک نوسان عددبدست آمده را بر تعداد تقسیم می کنیم .

 سوال : سنگی را به هوا می اندازیم مدت زمانی  که سنگ در هواست را چگونه اندازه می گیرید شرح دهید ؟

 جواب : از دستگاه پرتاب سنگ و کرنومتر استفاده می کنیم .

 سوال : روش تعیین حجم مایعات را به اختصار بنویسید ؟

 جواب : برای اندازه گیری حجم مایعات از پیمانه استفاده می شود و یکای آن در سیستم بین المللی ( sI ) متر مکعب است وازیکاهای دیگر لیتر و سانتیمتر مکعب و سی سی نیز استفاده می شود .

 توجه : یک لیتر گنجایش ظرف مکعب مربعی به ابعاد طول و عرض و ارتفاع مساوی 10 سانتیمتراست یعنی :

   3 m 3-10  = m  2-10  ×  10 ×  m 2-10 ×  10  ×   m 2-10 ×  10 = 3 cm 3 10 =   cm10 ×   cm10 ×   cm10 =    lit

                                           

توجه : یک سی سی گنجایش ظرف مکعب مربعی به ابعاد طول و عرض و ارتفاع مساوی 1 سانتیمتراست یعنی :

     3 m      6-10  = m 2-10 ×  1× m 2-10 ×  1  ×  m 2-10 ×  1 =3 cm 1=  cm1 ×  cm1 ×  cm1 =    cc

 

سوال  : دقت اندازه گیری پیمانه ای به حجم  5 سانتیمتر  مکعب چقدر  است ؟ ب -  کدامیک از اعداد زیر می تواند نتیجه حاصل ازاندازه گیری با این پیمانه باشد ؟   

  الف - cm 20        ب -  cm21       پ -  cm 19      ت -    cm 5/20

 جواب : دقت اندازه گیری این پیمانه 5  سانتیمتر مکعب است. چهار تا از این پیمانه   cm 20 می شود پس فقط قسمت الف میتواند نتیجه حاصل از اندازه گیری با این پیمانه باشد .

 سوال :  توضیح دهید به کمک یک ترازو و یک استوانه مدرج چگونه جرم و حجم یک قطره آب را تعیین می کنید ؟

 جواب : بعد از تعیین جرم استوانه مدرج بوسیله پیپت صد قطره داخل آن می ریزیم دوباره تعیین وزن می کنیم و اختلا ف این دو جرم همان جرم صد قطره است با تقسیم مقدار بدست آمده به عدد صد جرم یک قطره بدست می آید . و با تعیین حجم صد قطره بوسیله استوانه مدرج و تقسیم این مقدار بر صد حجم یک قطره تعیین می شود .

سوال : بوسیله  یک شیشه  نوشابه  خالی  که بر روی آن حجم شیشه ثبت شده است  چگونه حجم  یک استکان آب  را اندازهمی گیرید ؟ آیا روش شما در این حالت دقیق است روش دقیق پیشنهادی شما برای این کار چیست ؟                    

 جواب : شیشه نوشابه را از آب پر می کنیم و آب آن را با ریختن در همین استکان خالی می کنیم بطوریکه در هر بار شیشه استکانلبالب پر شود در پایان حجم شیشه نوشابه را بر تعداد دفعات پرشدن استکان تقسیم می کنیم تا حجم استکان بدست آید . روش دقیق نیست چون وسیله اندازه گیری از دقت کافی برخوردار نمی باشد . با استوانه مدرج بهتر و دقیقتر می توان حجم استکان را تعیین نمود .

توجه : برای نوشتن مقادیر کمیتهای بزرگ و کوچک  از یکای ا صلی آن کمیت و مضارب صحیحی از  عدد 10با توان مثبت و منفیاستفاده می شود . که به آنها یکاهای خیلی بزرگ و خیلی کوچک می گویند و با استفاده از پیشوندشان خوانده می شوند .

 مهمترین پیشوند یکاهای بزرگ عبارتند از :

      da             دکا   =10     و         hهکتو=100 = 102  و   k کیلو 1000= 103   و  M مگا   = 106  و G گیگا   = 109  و   T ترا   = 1012 

 مهمترین پیشوند یکاهای کوچک عبارتند از :

   Dدسی 2-10 =10/1  و cسانتی = 100 /1=  2-10  و m  میلی = 3-10  و  µ میکرو = 6-10  و   nنانو = 9-10 و  P پیکو = 12-10