Q: در کدام یک از موارد زیر، با وجود وارد شدن نیرو، کار انجام شده از نظر علمی صفر است؟

شخصی وزنهای را بالای سر خود نگه داشته و آن را حرکت نمیدهد. — «شخصی وزنهای را بالای سر خود نگه داشته و آن را حرکت نمیدهد.» درست است چون در این حالت نیرو وارد میشود اما جابهجایی صفر است و طبق تعریف کار در علوم، کار صفر است. «شخصی جعبهای را روی سطح افقی با نیروی افقی میکشد.» رد میشود چون جعبه در امتداد نیرو جابهجا میشود و کار انجام میشود. «شخصی کتابی را از روی زمین بلند کرده و روی میز میگذارد.» رد میشود چون کتاب در امتداد نیروی قائم جابهجا میشود و کار انجام میشود. «شخصی چمدان خود را از پلهها بالا میبرد.» رد میشود چون چمدان در امتداد نیروی شخص به سمت بالا جابهجا میشود و کار انجام میشود. تلهٔ تستی این سؤال این است که دانشآموز ممکن است تصور کند هرگاه نیرویی وارد شود کار انجام میشود، در حالی که شرط جابهجایی در امتداد نیرو ضروری است.

Q: یک لامپ رشتهای $120\,J$ انرژی الکتریکی مصرف میکند و $12\,J$ آن به نور تبدیل میشود. بازده این لامپ چند درصد است؟

$10\%$ — «$10\%$» درست است زیرا بازده برابر است با $\frac{\text{انرژی مفید}}{\text{انرژی ورودی}} \times 100 = \frac{12}{120} \times 100 = 10\%$. «$100\%$» رد میشود چون تمام انرژی ورودی به نور تبدیل نشده است. «$90\%$» رد میشود زیرا این مقدار بازده نیست و مربوط به نسبت انرژی گرمایی است. «$1\%$» رد میشود چون $12/120 = 0.1$، نه $0.01$. تلهٔ تستی این سؤال این است که دانشآموز ممکن است بازده را با نسبت انرژی تلف شده اشتباه بگیرد و $90\%$ را انتخاب کند.

Q: آهنگ مصرف انرژی برای دویدن $50\,kJ/min$ است. اگر شخصی $12$ دقیقه بدود، چند کیلوژول انرژی مصرف میکند؟

$600$ — «$600$» درست است چون $50\,kJ/min \times 12\,min = 600\,kJ$. «$500$» رد میشود چون حاصل ضرب $50 \times 10$ است نه $12$. «$620$» رد میشود چون حاصل ضرب اشتباه است. «$50$» رد میشود چون این مقدار آهنگ مصرف در یک دقیقه است. تلهٔ تستی این سؤال این است که دانشآموز ممکن است آهنگ مصرف («$50$») را با مصرف کل («$600$») اشتباه بگیرد.

Question 1

در کدام یک از موارد زیر، با وجود وارد شدن نیرو، کار انجام شده از نظر علمی صفر است؟

Accepted Answer

شخصی وزنه‌ای را بالای سر خود نگه داشته و آن را حرکت نمی‌دهد. — «شخصی وزنه‌ای را بالای سر خود نگه داشته و آن را حرکت نمی‌دهد.» درست است چون در این حالت نیرو وارد می‌شود اما جابه‌جایی صفر است و طبق تعریف کار در علوم، کار صفر است. «شخصی جعبه‌ای را روی سطح افقی با نیروی افقی می‌کشد.» رد می‌شود چون جعبه در امتداد نیرو جابه‌جا می‌شود و کار انجام می‌شود. «شخصی کتابی را از روی زمین بلند کرده و روی میز می‌گذارد.» رد می‌شود چون کتاب در امتداد نیروی قائم جابه‌جا می‌شود و کار انجام می‌شود. «شخصی چمدان خود را از پله‌ها بالا می‌برد.» رد می‌شود چون چمدان در امتداد نیروی شخص به سمت بالا جابه‌جا می‌شود و کار انجام می‌شود. تلهٔ تستی این سؤال این است که دانش‌آموز ممکن است تصور کند هرگاه نیرویی وارد شود کار انجام می‌شود، در حالی که شرط جابه‌جایی در امتداد نیرو ضروری است.

Question 2

انرژی جنبشی یک جسم $E$ است. اگر جرم جسم دو برابر و سرعت آن نصف شود، انرژی جنبشی جدید چند برابر $E$ می‌شود؟

Accepted Answer

$\frac{1}{2}$ — «$\frac{1}{2}$» درست است زیرا $E_k = \frac{1}{2}mv^2$؛ با دوبرابر جرم و نصف سرعت، $E_k' = \frac{1}{2}(2m)(\frac{v}{2})^2 = \frac{1}{2} \cdot 2m \cdot \frac{v^2}{4} = \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} mv^2 = \frac{1}{2}E_k$. «$\frac{1}{4}$» رد می‌شود چون حاصل ضرب ۲ در $\frac{1}{4}$ نیست. «$1$» رد می‌شود چون تغییرات جرم و سرعت یکدیگر را خنثی نمی‌کنند. «$2$» رد می‌شود چون این مقدار مربوط به حالتی است که سرعت دوبرابر شود نه جرم. تلهٔ تستی این سؤال این است که دانش‌آموز ممکن است تنها تأثیر سرعت را در نظر بگیرد و فراموش کند جرم نیز تغییر کرده است.

Question 3

یک لامپ رشته‌ای $120\,J$ انرژی الکتریکی مصرف می‌کند و $12\,J$ آن به نور تبدیل می‌شود. بازده این لامپ چند درصد است؟

Accepted Answer

$10\%$ — «$10\%$» درست است زیرا بازده برابر است با $\frac{	ext{انرژی مفید}}{	ext{انرژی ورودی}} 	imes 100 = \frac{12}{120} 	imes 100 = 10\%$. «$100\%$» رد می‌شود چون تمام انرژی ورودی به نور تبدیل نشده است. «$90\%$» رد می‌شود زیرا این مقدار بازده نیست و مربوط به نسبت انرژی گرمایی است. «$1\%$» رد می‌شود چون $12/120 = 0.1$، نه $0.01$. تلهٔ تستی این سؤال این است که دانش‌آموز ممکن است بازده را با نسبت انرژی تلف شده اشتباه بگیرد و $90\%$ را انتخاب کند.

Question 4

آهنگ مصرف انرژی برای دویدن $50\,kJ/min$ است. اگر شخصی $12$ دقیقه بدود، چند کیلوژول انرژی مصرف می‌کند؟

Accepted Answer

$600$ — «$600$» درست است چون $50\,kJ/min 	imes 12\,min = 600\,kJ$. «$500$» رد می‌شود چون حاصل ضرب $50 	imes 10$ است نه $12$. «$620$» رد می‌شود چون حاصل ضرب اشتباه است. «$50$» رد می‌شود چون این مقدار آهنگ مصرف در یک دقیقه است. تلهٔ تستی این سؤال این است که دانش‌آموز ممکن است آهنگ مصرف («$50$») را با مصرف کل («$600$») اشتباه بگیرد.

Question 5

کدام یک از موارد زیر، تبدیل انرژی پتانسیل گرانشی به انرژی جنبشی است؟

Accepted Answer

سقوط یک قطره باران از ابر به زمین — «سقوط یک قطره باران از ابر به زمین» درست است زیرا در این فرایند انرژی پتانسیل گرانشی ناشی از ارتفاع به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. «کشیدن کمان و رها کردن تیر» رد می‌شود چون در اینجا انرژی پتانسیل کشسانی به جنبشی تبدیل می‌شود نه گرانشی. «فشردن فنر» رد می‌شود چون این کار منجر به ذخیره انرژی پتانسیل کشسانی می‌شود و تبدیل به جنبشی نیست. «سوختن بنزین در موتور» رد می‌شود زیرا در اینجا انرژی پتانسیل شیمیایی به گرمایی و سپس جنبشی تبدیل می‌شود. تلهٔ تستی این سؤال این است که دانش‌آموز ممکن است هرگونه تبدیل انرژی به جنبشی را پتانسیل گرانشی تلقی کند و گزینه‌های دیگر را انتخاب کند.

نوع انرژی	مثال
جنبشی (ناشی از حرکت)	توپ در پرواز
پتانسیل گرانشی (ناشی از ارتفاع)	کتاب روی طاقچه
پتانسیل شیمیایی (در پیوندها)	سوخت، غذا، باتری
پتانسیل کشسانی (کشیده/فشرده)	فنر، کمان
گرمایی (جنبش ذرات)	گرمای آتش
نورانی	تابش خورشید
صوتی	صدای موسیقی
الکتریکی	جریان برق

فصل 08 (علوم تجربی هفتم)

خلاصه‌ی درسنامه

فصل 08 (علوم تجربی هفتم)

کار در علوم یعنی چه؟

انرژی و انواعش

انرژی جنبشی

انرژی پتانسیل (ذخیره‌شده)

تبدیل انرژی و قانون پایستگی

انرژی بدن ما

اشتباه‌های رایج

نمونه سؤال با پاسخ

جمع‌بندی

نمونه تست

مباحث مرتبط

ادامه‌ی این مبحث رو ببین