الموجات المستقرة والتأثير الكهروضوئي والرنين للصف الثاني عشر

الموجات المستقرة والتأثير الكهروضوئي والرنين تجتمع هذه المفاهيم لتعطي الطالب فهماً عميقاً لسلوك الموجات وانتقال الطاقة والتفاعلات بين الضوء والمادة وإن إدراك العلاقة بين المفاهيم النظرية والتطبيقات العملية يعزز قدرة الطالب على تحليل الظواهر الفيزيائية في الواقع، ويدعمه في حل المسائل بدقة.

 الموجات المستقرة والتأثير الكهروضوئي والرنين

أولًا: الموجات المستقرة (Standing Waves)

تعريف:

الموجة المستقرة هي نمط اهتزازي ناتج عن تراكب موجتين متماثلتين في الطول الموجي والتردد، تنتقلان في اتجاهين متعاكسين، مما يؤدي إلى ظهور نمط ثابت لا ينتقل خلال الوسط.

خصائص الموجات المستقرة:

• العقد (Node): نقاط لا تهتز (سعة = صفر).
• البطون (Antinode): نقاط تهتز بأقصى سعة.
• المسافة بين عقدتين أو بطنين: تساوي نصف الطول الموجي λ/2\lambda/2λ/2.
  المسافة بين عقدة وبطن متجاورين: تساوي ربع الطول الموجي λ/4\lambda/4λ/4.
  

أمثلة عملية

1. وتر مشدود: كما في الجيتار أو الكمان.
   عمود هواء مغلق أو مفتوح: مثل أنبوب الرنين.
2. الموجات الميكروية: يتم تحديد الطول الموجي من خلال تحريك كاشف بين المرسل والسطح العاكس.
   

التطبيقات:

• تجربة ميلد (وتر مشدود بأوزان).
• استخدام مكبرات الصوت ومجسات الموجات الميكروية.
• العمود الهوائي المفتوح أو المغلق لتحديد الترددات الطبيعية.
  

 ثانيًا: التأثير الكهروضوئي (Photoelectric Effect)

تعريف:

هو انبعاث إلكترونات من سطح معدن عند سقوط ضوء ذي تردد مناسب.

المفاهيم المرتبطة:

• دالة الشغل (ϕ): الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لتحرير الإلكترون.
• تردد العتبة (f₀): أدنى تردد يسبب الانبعاث.
• الطول الموجي العتبي:
  λ0=cf0\lambda_0 = \frac{c}{f_0}λ0​=f0​c​
• طاقة الفوتون:
  E=hfE = hfE=hf
• طاقة الحركة القصوى للإلكترون:
  K.E=hf−ϕK.E = hf – ϕK.E=hf−ϕ

تأثير الشدة والتردد

• زيادة التردد تزيد طاقة الإلكترونات.
• زيادة الشدة (مع ثبات التردد) تزيد عدد الإلكترونات فقط.

أنشطة وتمارين:

• تحديد تأثير تغيير التردد أو الشدة على الانبعاث.
• استخدام الأجهزة لقياس فرق الجهد الذي يوقف الإلكترونات.
  

ثالثًا: الرنين (Resonance)

تعريف:

الرنين هو ظاهرة فيزيائية تحدث عندما يهتز جسم بتردد يساوي تردده الطبيعي بفعل مؤثر خارجي، مما يزيد سعة الاهتزاز بشكل كبير.

تطبيقات:

• كسر الكؤوس الزجاجية بالصوت.
• الرنين في الجسور (مثل جسر تاكوما).
• أفران المايكروويف: تردد الموجات يتطابق مع التردد الطبيعي لجزيئات الماء.
• التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).
  

تجربة بندولات بارتون:

توضح كيف أن فقط البندول الذي له نفس الطول (أي نفس التردد الطبيعي) مع البندول المهتز هو الذي يتجاوب بقوة، مما يوضح طبيعة الرنين.

رابعًا: تغيرات الطاقة في الحركة التوافقية البسيطة

المبادئ الأساسية:

• أثناء اهتزاز جسم مثل كتلة على زنبرك:
  
  • أقصى طاقة وضع عند أقصى إزاحة.
  • أقصى طاقة حركة عند موضع الاتزان.
  • الطاقة الكلية تظل ثابتة.
    

المخططات

• منحنيات الطاقة مقابل الزمن توضح تبادل الطاقة بين طاقتي الوضع والحركة.
• منحنيات الطاقة مقابل الإزاحة تبيّن كيف تتغير الطاقة حسب بعد الجسم عن موضع الاتزان.
  

خامسًا: الاستقصاءات العملية

1. قياس طول موجة الليزر باستخدام محزوز الحيود:
   
   • استخدام قانون الحيود وحساب sin⁡θ\sin\thetasinθ لرسم علاقة مع عدد الرتبة nnn.
   • الحصول على الطول الموجي من ميل الخط البياني.
     
2. الموجات المستقرة على سلك يحمل تيار كهربائي:
   
   • تغيير الكتلة المعلقة لتعديل الشد.
   • قياس الطول الموجي من خلال تحليل نمط الموجة.
     

للمزيد للصف الثاني عشر تابع ما يي:

• تقارير لمادة “هذا وطني” الصف الثاني عشر
• الحضارة الإسلامية الصف الحادي عشر الفصل الدراسي الثاني
• الحضارة الإسلامية الصف الحادي عشر الفصل الدراسي الثاني