أسئلة الفيزياء في التحصيلي غالبها تطبيق مباشر لعلاقة واحدة: السرعة والتسارع، ق = ك × ت، الشغل والقدرة، قانون أوم، وعلاقة سرعة الموجة. إتقان العلاقات وترتيبها حسب المجهول يحل معظم الأسئلة. وتمتد الدورة إلى بقية منهج الثانوية: المقذوفات والحركة الدائرية، الزخم، الجاذبية والعزم، الحرارة والموائع، الصوت، البصريات، الكهرباء الساكنة، المغناطيسية والحث، والفيزياء الحديثة والنووية.
ستتعلم وصف الحركة بالسرعة والتسارع وقراءة الرسوم البيانية للحركة. الفكرة المحورية: السرعة هي المسافة لكل وحدة زمن، والتسارع هو تغيّر السرعة لكل وحدة زمن.
السرعة المتوسطة = المسافة ÷ الزمن (م/ث)، والتسارع = التغيّر في السرعة ÷ الزمن (م/ث²). الإزاحة متجه من نقطة البداية إلى النهاية، أما المسافة فطول المسار كله.
التمييز الذي يُبنى عليه السؤال: السرعة ثابتة ⇒ التسارع صفر، والسرعة تتغير بانتظام ⇒ تسارع ثابت، وعندها تُستخدم معادلات الحركة الأربع.
ماذا يعني الميل والمساحة في كل رسم بياني للحركة؟
| الرسم | ميل المنحنى | المساحة تحت المنحنى |
|---|---|---|
| الموقع–الزمن | السرعة | لا معنى لها |
| السرعة–الزمن | التسارع | الإزاحة |
| التسارع–الزمن | — | التغيّر في السرعة |
| خط أفقي في الموقع–الزمن | صفر ⇒ جسم ساكن | — |
| خط أفقي في السرعة–الزمن | صفر ⇒ سرعة ثابتة | مستطيل = ع × ز |
| خط مائل في السرعة–الزمن | تسارع ثابت | مثلث = ½ ع × ز |
ستتعلم قوانين نيوتن الثلاثة وتطبيقاتها وحساب القوة والوزن. الفكرة المحورية: القوة المحصلة هي ما يغيّر حالة الحركة، وبدونها يبقى الجسم على حاله.
القوة مؤثر يغيّر حالة الجسم الحركية أو شكله، ووحدتها النيوتن (N = كجم·م/ث²). القوة المحصلة هي المجموع المتجه لكل القوى، وهي وحدها التي تحدد التسارع.
الكتلة مقدار المادة (كجم) ثابتة في كل مكان، أما الوزن فقوة جذب الأرض (نيوتن) وتتغير بتغيّر g.
أي القوانين الثلاثة يفسر الموقف؟
| الموقف | القانون | المفتاح |
|---|---|---|
| جسم يتحرك بسرعة ثابتة أو ساكن | الأول | المحصلة = صفر |
| جسم يتسارع أو يتباطأ | الثاني | ق = ك ت |
| قوتان متبادلتان بين جسمين | الثالث | زوج فعل ورد فعل |
| الراكب يندفع للأمام عند التوقف المفاجئ | الأول | قصور ذاتي |
| ارتداد البندقية عند الإطلاق | الثالث | رد فعل |
| مصعد يصعد متسارعًا: القراءة أكبر من الوزن | الثاني | ق_ع − ك g = ك ت |
ستتعلم حساب الشغل والطاقة الحركية وطاقة الوضع والقدرة. الفكرة المحورية: الشغل لا يُبذل إلا إذا تحرك الجسم في اتجاه القوة.
الشغل = القوة × الإزاحة × جتا الزاوية بينهما، ووحدته الجول (J = N·م). الطاقة القدرة على بذل شغل، والقدرة معدل بذل الشغل بالواط (W = J/ث).
التمييز الأساس: الشغل صفر إذا لم يتحرك الجسم، أو كانت القوة عمودية على الحركة (حمل حقيبة والمشي أفقيًا). ومبدأ حفظ الطاقة: ط حركية + ط وضع = ثابت بلا احتكاك.
متى يكون الشغل موجبًا أو سالبًا أو صفرًا؟
| الحالة | الزاوية بين القوة والحركة | الشغل |
|---|---|---|
| دفع صندوق في اتجاه الحركة | ٠° | موجب = ق × ف |
| الاحتكاك أثناء الحركة | ١٨٠° | سالب = −ق × ف |
| حمل حقيبة والمشي أفقيًا | ٩٠° | صفر |
| دفع جدار لا يتحرك | لا إزاحة | صفر |
| رفع جسم رأسيًا ببطء | ٠° | ك g ع |
| قوة مائلة بزاوية ٦٠° | ٦٠° | ½ ق × ف |
ستتعلم قانون أوم وحساب المقاومة والتيار والجهد في الدارات. الفكرة المحورية: الجهد = التيار × المقاومة، ومن هذه العلاقة تُشتق كل المسائل.
التيار معدل تدفق الشحنة (I = q ÷ t) بالأمبير، والجهد الطاقة لكل وحدة شحنة بالفولت، والمقاومة ممانعة المرور بالأوم. قانون أوم: V = I R.
الجوهر: في التوالي التيار واحد والجهد يتوزع، وفي التوازي الجهد واحد والتيار يتوزع. ومن هذا التمييز تُحل أسئلة الدارات كلها.
توالٍ أم توازٍ؟
| الخاصية | التوالي | التوازي |
|---|---|---|
| المقاومة المكافئة | مجموع المقاومات (أكبر) | أصغر من أصغر مقاومة |
| التيار | واحد في كل العناصر | يتوزع: الأكبر في المقاومة الأصغر |
| الجهد | يتوزع: الأكبر على المقاومة الأكبر | واحد على كل الفروع |
| احتراق مصباح | تنطفئ البقية | تبقى البقية مضاءة |
| مقاومتان متساويتان R | ٢R | R ÷ ٢ |
| توصيل المنازل | — | توازٍ (جهد واحد ٢٢٠ فولت) |
ستتعلم خواص الموجات وحساب سرعتها وظواهر الضوء. الفكرة المحورية: سرعة الموجة = التردد × الطول الموجي، والتردد لا يتغير بتغيّر الوسط.
الموجة اضطراب ينقل الطاقة دون نقل المادة. عناصرها: التردد f (عدد الاهتزازات في الثانية، هرتز)، الطول الموجي λ (المسافة بين قمتين)، السعة (أقصى إزاحة)، والزمن الدوري T = ١/f.
القاعدة الذهبية: التردد من المصدر ولا يتغير بتغيّر الوسط؛ أما السرعة والطول الموجي فيتغيران معًا عند الانتقال بين وسطين.
أي ظاهرة موجية في الموقف؟
| الموقف | الظاهرة | المفتاح |
|---|---|---|
| صدى الصوت عن جدار | الانعكاس | ارتداد عن سطح في الوسط نفسه |
| انكسار القلم في كوب ماء | الانكسار | تغيّر السرعة عند تغيّر الوسط |
| انحناء الصوت حول الباب | الحيود | المرور بفتحة أو حافة |
| ألوان بقعة الزيت على الماء | التداخل | تراكب موجتين |
| تحلل الضوء الأبيض في المنشور | التشتت | اختلاف الانكسار باختلاف اللون |
| نظارات تقلل الوهج | الاستقطاب | حصر الاهتزاز في مستوى واحد (مستعرضة فقط) |
ستتعلم أساسيات القياس وتحليل المتجهات ودراسة الحركة في بعدين. الفكرة المحورية: في حركة المقذوف، الحركتان الأفقية والرأسية مستقلتان — الأفقية بسرعة ثابتة والرأسية بتسارع الجاذبية.
الكمية القياسية لها مقدار فقط (الكتلة، الزمن، المسافة، الطاقة)، والكمية المتجهة لها مقدار واتجاه (الإزاحة، السرعة المتجهة، القوة، التسارع). المتجه يُحلَّل إلى مركبتين: أفقية = ق جتا θ، ورأسية = ق جا θ.
المقذوف حركته مركبة من حركتين مستقلتين: أفقية بسرعة ثابتة (لا تسارع)، ورأسية بتسارع g. والزمن هو الرابط الوحيد بينهما.
قياسية أم متجهة؟ وما السؤال عن المقذوف؟
| الكمية / السؤال | النوع أو القانون | ملاحظة |
|---|---|---|
| المسافة والسرعة (القياسية) | قياسية | مقدار فقط |
| الإزاحة والسرعة المتجهة والقوة | متجهة | مقدار واتجاه |
| زمن سقوط مقذوف أفقيًا | √(٢ ع ÷ g) | لا يعتمد على السرعة الأفقية |
| المدى الأفقي | ع_س × ز | السرعة الأفقية ثابتة |
| السرعة الرأسية عند أعلى نقطة | صفر | التسارع يبقى g |
| أكبر مدى للقذف المائل | ٤٥° | الزاويتان المتتامتان مدى واحد |
ستتعلم حساب الزخم والدفع وتطبيق قانون حفظ الزخم. الفكرة المحورية: الزخم الكلي قبل التصادم = الزخم الكلي بعده في أي نظام معزول.
الزخم (كمية الحركة) = الكتلة × السرعة، متجه وحدته كجم·م/ث. الدفع = القوة × زمن التأثير = التغيّر في الزخم (N·ث).
قانون حفظ الزخم: في نظام معزول (لا قوى خارجية) الزخم الكلي قبل التصادم = الزخم الكلي بعده. الزخم يُحفظ في كل تصادم، أما الطاقة الحركية فتُحفظ في التصادم المرن فقط.
أنواع التصادم:
| النوع | الزخم | الطاقة الحركية |
|---|---|---|
| مرن تمامًا | محفوظ | محفوظة |
| غير مرن | محفوظ | جزء يتحول حرارة وصوتًا |
| عديم المرونة (التحام) | محفوظ | أكبر فقد؛ الجسمان بسرعة واحدة |
| انفجار/ارتداد | محفوظ (مجموعه صفر) | تزداد (من الكيميائية) |
| كرتان متساويتان مرن، إحداهما ساكنة | تتبادلان السرعة | محفوظة |
| مع احتكاك خارجي كبير | غير محفوظ | — |
ستتعلم قانون الجذب العام وقوانين كبلر ومفهوم العزم والاتزان. الفكرة المحورية: قوة التجاذب تتناسب عكسيًّا مع مربع المسافة، والعزم = القوة × ذراعها العمودية.
قانون الجذب العام: ق = G ك₁ ك₂ ÷ ف²؛ كل جسمين يتجاذبان بقوة تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتيهما وعكسيًا مع مربع المسافة بين مركزيهما. العزم = القوة × الذراع العمودية (N·م)، ويدير الجسم حول محور.
التمييز المطلوب: التربيع العكسي في الجاذبية (المسافة ×٢ ⇒ القوة ÷٤)، وشرط الاتزان في العزوم (مجموع العزوم مع عقارب الساعة = مجموعها ضدها).
كيف تتغير قوة الجاذبية؟
| التغيّر | أثره على القوة | السبب |
|---|---|---|
| المسافة ×٢ | ÷ ٤ | تربيع عكسي |
| المسافة ×٣ | ÷ ٩ | تربيع عكسي |
| المسافة ÷ ٢ | × ٤ | تربيع عكسي |
| إحدى الكتلتين ×٢ | × ٢ | طردي |
| الكتلتان ×٢ والمسافة ×٢ | ثابتة | ٤ ÷ ٤ |
| كوكب في الحضيض | أكبر قوة وأكبر سرعة | كبلر الثاني |
ستتعلم حساب كمية الحرارة وفهم قوانين الديناميكا الحرارية وخصائص الموائع. الفكرة المحورية: كمية الحرارة = الكتلة × الحرارة النوعية × التغير في درجة الحرارة، والضغط = القوة ÷ المساحة.
الحرارة طاقة تنتقل من الجسم الأسخن إلى الأبرد (جول)، ودرجة الحرارة مقياس لمتوسط الطاقة الحركية للجزيئات (كلفن أو سلزيوس). الحرارة النوعية c كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة ١ كجم درجة واحدة.
في الموائع: الضغط = القوة ÷ المساحة (باسكال)، وقاعدة أرخميدس: قوة الطفو = وزن السائل المزاح؛ فيطفو الجسم إذا كانت كثافته أقل من كثافة السائل.
أي قانون للسؤال؟
| السؤال | القانون | الوحدة |
|---|---|---|
| تسخين جسم دون تغيّر حالة | Q = ك c Δد | J |
| انصهار أو تبخر عند درجة ثابتة | Q = ك L | J |
| قوة ناتجة عن مكبس هيدروليكي | ق₂ = ق₁ × A₂ ÷ A₁ | N |
| ضغط على عمق في سائل | P = ρ g h | Pa |
| يطفو أم يغوص؟ | قارن الكثافتين | كجم/م³ |
| التوصيل والحمل والإشعاع | صلب / مائع / فراغ | — |
ستتعلم الحركة الاهتزازية وخصائص الصوت وظواهره. الفكرة المحورية: الزمن الدوري للبندول يعتمد على طوله وتسارع الجاذبية فقط، ولا يعتمد على كتلته ولا على سعة اهتزازه الصغيرة.
الحركة التوافقية البسيطة اهتزاز تتناسب فيه قوة الإرجاع مع الإزاحة (النابض: ق = −k س، والبندول للزوايا الصغيرة). الصوت موجة طولية ميكانيكية تحتاج وسطًا، سرعتها في الهواء ≈ ٣٤٠ م/ث.
التمييز: زمن البندول يعتمد على الطول وg فقط؛ وزمن النابض على الكتلة وثابت النابض فقط؛ ولا يعتمد أحدهما على السعة.
مم يعتمد كل مقدار؟
| المقدار | يعتمد على | لا يعتمد على |
|---|---|---|
| زمن البندول | الطول وg | الكتلة والسعة الصغيرة |
| زمن النابض | الكتلة وk | g والسعة |
| سرعة الصوت | الوسط ودرجة حرارته | التردد والشدة |
| حدة الصوت (درجته) | التردد | السعة |
| شدة الصوت (قوته) | السعة والمسافة | التردد |
| التردد المسموع (دوبلر) | السرعة النسبية بين المصدر والمستمع | شدة المصدر |
ستتعلم سلوك الضوء عند الانعكاس والانكسار وتكوّن الصور في المرايا والعدسات. الفكرة المحورية: ١ ÷ البعد البؤري = ١ ÷ بُعد الجسم + ١ ÷ بُعد الصورة، والبعد البؤري للمرآة الكروية نصف نصف قطر تكورها.
الانعكاس: زاوية السقوط = زاوية الانعكاس. الانكسار: تغيّر اتجاه الضوء عند تغيّر سرعته بين وسطين، ويحكمه قانون سنل n₁ جا θ₁ = n₂ جا θ₂. معامل الانكسار n = c ÷ ع.
المرآة المقعرة والعدسة المحدبة تجمعان الضوء (بعد بؤري موجب)، والمحدبة والمقعرة تفرقانه (بعد بؤري سالب). والسؤال دائمًا: أين الصورة؟ وما طبيعتها؟
أين تتكون الصورة في المرآة المقعرة / العدسة المحدبة؟
| موضع الجسم | موضع الصورة | طبيعتها |
|---|---|---|
| أبعد من مركز التكور (٢ع_ب) | بين البؤرة والمركز | حقيقية مقلوبة مصغّرة |
| عند مركز التكور | عند المركز | حقيقية مقلوبة مساوية |
| بين المركز والبؤرة | أبعد من المركز | حقيقية مقلوبة مكبّرة |
| عند البؤرة | في اللانهاية | لا تتكون |
| بين البؤرة والمرآة | خلف المرآة | وهمية معتدلة مكبّرة (مرآة الحلاقة) |
| المرآة المحدبة / العدسة المقعرة (أي موضع) | خلفها / في جهة الجسم | وهمية معتدلة مصغّرة دائمًا |
ستتعلم قوانين الشحنات الساكنة والمجال والجهد الكهربائيين. الفكرة المحورية: قانون كولوم يشبه قانون الجذب العام — القوة تتناسب مع حاصل ضرب الشحنتين وعكسيًّا مع مربع المسافة.
الشحنة خاصية للمادة وحدتها الكولوم (C)، والشحنات المتشابهة تتنافر والمختلفة تتجاذب، وهي محفوظة ومكمّاة (مضاعفات شحنة الإلكترون). قانون كولوم: ق = k q₁ q₂ ÷ ف².
المجال الكهربائي E = ق ÷ q (N/C) هو القوة على وحدة الشحنة الموجبة، والجهد V الطاقة لكل وحدة شحنة (فولت)، والمكثف يخزن الشحنة: C = Q ÷ V.
كولوم أم الجذب العام؟ وأي كمية تُسأل عنها؟
| الكمية | القانون | الوحدة |
|---|---|---|
| القوة بين شحنتين | k q₁ q₂ ÷ ف² | N |
| القوة بين كتلتين | G ك₁ ك₂ ÷ ف² | N (جذب فقط) |
| المجال الكهربائي | E = ق ÷ q | N/C = V/م |
| فرق الجهد | V = W ÷ q | فولت |
| سعة المكثف | C = Q ÷ V | فاراد |
| خطوط المجال | تخرج من الموجبة وتدخل السالبة | لا تتقاطع |
ستتعلم العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية وتطبيقاتها. الفكرة المحورية: التيار يولّد مجالًا مغناطيسيًّا، وتغيّر المجال المغناطيسي يولّد تيارًا — وهذا أساس المحركات والمولدات والمحولات.
التيار الكهربائي يولّد مجالًا مغناطيسيًا (أورستد)، وتغيّر التدفق المغناطيسي يولّد قوة دافعة كهربائية (فاراداي). الأولى أساس المحرك، والثانية أساس المولد والمحول.
التمييز: المحرك يحوّل كهربائية إلى حركية (سلك يحمل تيارًا في مجال ⇒ قوة)، والمولد يحوّل حركية إلى كهربائية (حركة موصل في مجال ⇒ تيار حثي). والحث يحتاج تغيّرًا لا مجالًا ثابتًا.
محرك أم مولد أم محول؟
| الجهاز | المبدأ | تحويل الطاقة |
|---|---|---|
| المحرك الكهربائي | قوة على سلك يحمل تيارًا (ق = B I L) | كهربائية ⇒ حركية |
| المولد (الدينامو) | حث فاراداي بحركة ملف | حركية ⇒ كهربائية |
| المحول | حث متبادل بتيار متردد | كهربائية ⇒ كهربائية (جهد مختلف) |
| المحول الرافع | N₂ > N₁ | جهد أعلى، تيار أقل |
| المحول الخافض | N₂ < N₁ | جهد أقل، تيار أكبر |
| المحول مع تيار مستمر ثابت | لا تغيّر في التدفق | لا يعمل |
ستتعلم أسس نظرية الكم وتركيب الذرة والنواة والتفاعلات النووية. الفكرة المحورية: طاقة الفوتون تتناسب مع تردده، وفي كل عمر نصف يتبقى نصف الكمية المشعة.
نظرية الكم: الضوء حزم طاقة (فوتونات) طاقة كل منها E = h f. التأثير الكهروضوئي: انبعاث إلكترونات من سطح فلز عند سقوط ضوء تردده ≥ تردد العتبة؛ الشدة تحدد عدد الإلكترونات، والتردد يحدد طاقتها.
النواة بروتونات ونيوترونات؛ العدد الذري Z عدد البروتونات، والعدد الكتلي A مجموعهما. وعمر النصف الزمن الذي تتحلل فيه نصف الأنوية.
أنواع الإشعاع النووي:
| الإشعاع | طبيعته | أثره على النواة والقدرة على النفاذ |
|---|---|---|
| ألفا α | نواة هيليوم (٢ بروتون + ٢ نيوترون) | Z − ٢، A − ٤؛ توقفها ورقة |
| بيتا β⁻ | إلكترون من تحول نيوترون إلى بروتون | Z + ١، A ثابت؛ يوقفها الألومنيوم |
| بيتا β⁺ | بوزيترون | Z − ١، A ثابت |
| جاما γ | فوتون عالي الطاقة | لا تغيّر؛ يلزم الرصاص |
| الأعلى تأينًا | ألفا | الأقل نفاذًا |
| الأعلى نفاذًا | جاما | الأقل تأينًا |