[ناصر اللحياني]

المختبر

[ناصر اللحياني]

6-2 القوى داخل السوائل Forces within Liquids

[ناصر اللحياني]

[justify]

7-1 الحركة الدورية Periodic Motion

( يحتاج إلى 3 حصص )

الحصة الأولى :

نشاط 1 : يبدأ المعلم مُستعينا بالله ثم يُرحب بطلابه ، وكمقدمة لأول دروس الفصل يطرح المعلم هذا السؤال المُثير :

هل ناطحات السحاب و الجسور ساكنة أم مُتحركة ؟

بالتأكيد سيُجمع الطلاب أنّها ساكنة ، ولكنّ يُبيّن لهم المعلم أن ناطحات السحاب و الجسور في الحقيقة تتحرك حركة اهتزازية ، ولهذا فان المصممين المعماريين والمهندسين يأخذوا هذه الحركة في الحسبان عند التصميم .
ثم يعرض عليهم مقطع الفيديو :

http://www.youtube.com/watch?v=VtR7FSEk6V0

ويطلب منهم تعليل ما شاهدوه ... لا يجيبهم المعلم بل يستثيرهم بهذا المشهد ، و يذكر لهم أنّه في نهاية هذا الدرس ( نهاية الحصة الثالثة ) سيتعرفون على السبب .

وعموما السبب هو : ظاهرة الرنين ( آخر فقرة في الدرس الأول ) ، حيث استطاعت قوة الرياح تدمير الجسر عندما توافقت شدّتها مع تأرجح الجسر ، وبمعنى آخر كانت الرياح تشتد ثم تهدئ بشكل توافق مع تأرجح الجسر ممّا سبب سقوطه !!

بعد ذلك يُبيّن المعلم أنّ لفهم كيف يعمل الراديو والتلفزيون ؟ يجب معرفة كيف تعمل الأمواج الكهرومغناطيسية وما هو أساسها وكيف تنشأ وكيف تنتشر في الفراغ. وأيضا فإن الكثير مما عرفه العلماء عن التركيب الذري كان أساسه المعلومات التي حصلوا عليها في صورة أمواج . ولهذا فان دراسة فيزياء الاهتزازات والموجات ضرورية لفهم تفسير كثير من الظواهر الطبيعية بما في ذلك نظريات الفيزياء الذرية .

نشاط 2 : يوزع المعلم الطلاب إلى مجموعات ويُعطي كل مجموعة بندول بسيط ونابض زنبركي ، وللتعزيز يعرض أيضا المحاكاة والفيديو التالية :

http://www.youtube.com/watch?v=VMicXUIxaWE

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405095.swf]width=730 height=550[/FLASH]

ويطلب من الطلاب تحديد الصفة المشتركة بين حركة هذه الأجسام.

يُوجه المعلم النقاش ليتوصل الطلاب إلى أنّ حركة هذه الأجسام اهتزازية ( أو دورية أو ترددية أو تذبذبية أو توافقيّة ، جميع هذه المصطلحات متكافئة تماما ) لأن حركتها تتكرر بشكل منتظم خلال أزمنة متساوية .

ثم يطلب المعلم من الطلاب ذكر أمثلة على هذه الحركة ، ليُعدد الطلاب الأمثلة التالية : حركة جسم معلق بنابض ، حركة بندول بسيط ، حركة ميزان الليّ ، حركة وتر مشدود ( أوتار الآلات الموسيقية ) ، حركة مسطرة مثبتة عند إحدى طرفيها ، حركة أرجوحة الأطفال ، حركة الجزيئات في الأجسام الجامدة ، حركة الكواكب ، حركة الموجات الكهرومغناطيسية : مثل أمواج الضوء وأمواج الرادار وأمواج الراديو ، كذلك التيار الكهربي المتردد والجهد الكهربي والشحنة الكهربية تتغير بصفة دورية مع الزمن .
إذا :

الحركة الاهتزازية : هي أي حركة تتكرر في دورة منتظمة خلال أزمنة متساوية .

نشاط 3 : يطلب المعلم من طلابه إزاحة البندول البسيط ثم الجسم المعلق بزنبرك كل على حده ( أكثر من مرة ) ، بحيث يسحب الجسم بإزاحات مختلفة ( إزاحة صغيرة ، إزاحة أكبر ، فأكبر ) عن موضع اتزانه ، أو يعرض عليهم إحدى هذه المحاكات :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405107.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405313.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405340.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405405.swf]width=780 height=480[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405426.swf]width=550 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405440.swf]width=550 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405454.swf]width=500 height=250[/FLASH]

ثم يطلب منهم ملاحظة أمرين :
أولا : ملاحظة أثر هذه الإزاحات على قوة الإرجاع المؤثرة في الجسم .
ثانيا : ملاحظة زمن الاهتزازة الواحدة ، وسعتها .

في الملاحظة الأولى : سيلاحظ الطلاب أنّه كلما زادت الإزاحة زادت قوة الإرجاع المؤثرة أيّ أنها علاقة بينهما طردية.

ثم يُبيّن لهم المعلم أنّ حركة الأجسام التي تنطبق عليها هذه الملاحظة تسمى ( الحركة التوافقية البسيطة أو الحركة الاهتزازية البسيطة ) ، وهي حالة خاصة من الحركة الاهتزازية بإعتبارها نموذجا مبسطا ، و يُبيّن لهم المعلم أيضا أهميّة دراسة الحركة التوافقية البسيطة في أنها تشكل الأساس النظري لفهم ودراسة قوانين الاهتزازات والموجات .

إذا :

الحركة التوافقية البسيطة : هي حركة تتناسب فيها إزاحة الجسم عن موضع اتزانه طرديا مع قوة الإرجاع المؤثرة عليه.

وفي الملاحظة الثانية : سيلاحظ الطلاب أنّه كلما زادت الإزاحة فإنّ أقصى مسافة يتحركها الجسم مبتعدا عن موضع الاتزان تكون أكبر ( سعة الاهتزازة ) ، وكذلك فإن زمن الدورة الواحدة ستكون أكبر ( الزمن الدوري ) ، ومن يمكن للطلاب تعريف كل من الزمن الدوري وسعة الاهتزازة .
الزمن الدوري : الزمن اللازم ليكمل الجسم دورة كاملة من الحركة جيئة وذهابا .
سعة الاهتزازة : هي أقصى مسافة يتحركها الجسم مبتعدا عن موضع الاتزان .

الحصة الثانية :

نشاط 4 : يطلب المعلم من كل مجموعة تعليق مجموعة من الكتل على زنبرك ، وللتعزيز يعرض المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405533.swf]width=465 height=426[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405572.swf]width=625 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405586.swf]width=540 height=500[/FLASH]

ثم يطلب منهم ملاحظة أمرين :

أولا : ملاحظة العلاقة بين الثقل المعلق وبين القوة التي يؤثر بها النابض .
ثانيا : ملاحظة العلاقة بين القوة التي يؤثر بها النابض ومقدار الاستطالة .

في الملاحظة الأولى : يُوجه المعلم النقاش ليتوصل الطلاب إلى أنّ القوة التي يبذلها الثقل المعلق ( قوة اتجاهها إلى الأسفل ) تساوي القوة التي يؤثر بها النابض ( قوة اتجاهها إلى الأعلى ).

وفي الملاحظة الثانية : سيلاحظ الطلاب أن القوة التي يؤثر بها نابض تتناسب طرد يا مع مقدار استطالته ، فكلما زادت الاستطالة زادت القوة التي يؤثر بها نابض ، وعند رسم العلاقة البيانية بين القوة والاستطالة ، فإن ميل المنحنى يمثل ثابت النابض k الذي يعتمد على صلابة النابض وخصائص أخر له .

مع التنبيه إلى أنّ النوابض التي تنطبق عليها هذه الحالة تسمى نوابض مرنة تحقق قانون هوك ( وليست كل النوابض في حقيقتها ينطبق عليها قانون هوك ) .

إذا :
قانون هوك : القوة التي يؤثر بها نابض تساوي حاصل ضرب ثابت النابض في المسافة التي يستطيلها أو ينضغطها النابض عن موضع اتزانه F = k x

ثم يعرض المعلم المحاكاة التالية ويتساءل المعلم عن أهمية المساحة تحت المنحنى ( ماذا تمثل ) ؟
يحاول المعلم تذكير الطلاب بدرس الشغل ( الفصل الثالث ) ، ليتوصل الطلاب إلى أنّ المساحة تحت منحنى ( القوة – الإزاحة ) تمثل الشغل ، وهذا الشغل المبذول لاستطالة النابض يساوي طاقة الوضع المرونية المختزنة فيه ، وبالتالي فإن الطاقة المرونية تساوي : P.E = ½ k x2

لأن مساحة المثلث = نصف القاعدة في الارتفاع ، وبالتعويض عن القوة من قانون هوك نحصل على العلاقة السابقة .

P.E = ½ x F = ½ x kx = ½ k x2

نشاط 5 : يعرض المعلم على الطلاب المحاكاة التالية :

http://www.youtube.com/watch?v=rmMflJHCgGk

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405627.swf]width=600 height=425[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405666.swf]width=760 height=570[/FLASH]

ويطلب منهم إكمال الجدول التالي :

مع ملاحظة أنّ السهم الأحمر يمثل قوة النابض Fsp ، والسهم البنفسجي يمثل الوزن Fg و السهم الأخضر يمثل قوة القوة المحصلة ∑ F .

نشاط 6 : يعرض المعلم على الطلاب المحاكاة التالية ، ويطلب منهم ذكر أهمية ( المساعدات في السيارة ) ، ليتوصل الطلاب إلى أنّ :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405755.swf]width=500 height=400[/FLASH]

تعتمد مقدرة السيارة على تحمل الصدمات والاحتفاظ بهيئتها على مقدار الطاقة الحركية للسيارة قبل التصادم والذي يتحول إلى طاقة وضع مرونية في الهيكل بعد التصادم. وتحتوي معظم ماصات الصدمات على نوابض تخزن الطاقة عندما تصدم سيارة حاجزا بسرعات قليلة. وبعد توقف السيارة وانضغاط النوابض تعود هذه النوابض إلى مواضع اتزانها، وترتد السيارة عن الحاجز.


الحصة الثالثة :

نشاط 7 : يعرض المعلم على الطلاب المحاكاة التالية ، ويطلب منهم إكمال الجدول التالي :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405776.swf]width=550 height=400[/FLASH]

نشاط 8 : يعرض المعلم على طلابه المحاكاة التالية ، ويطلب منهم وصف قوة الإرجاع :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405920.swf]width=300 height=400[/FLASH]

سيلاحظ الطلاب أنّ القوة المحصلة هي قوة إرجاع؛ حيث تكون دائًما معاكسة لاتجاه إزاحة ثقل البندول أو الجسم المعلق بكتلة ، وتعمل على إرجاع الثقل إلى موضع اتزانه.

نشاط 9 : يعرض المعلم المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1327405941.swf]width=400 height=300[/FLASH]

ويطلب من الطلاب ملاحظة ماذا يحدث عندما يدفع الصبي زميله دفعات متكررة في اللحظات المناسبة ؟
وماذا يحدث عندما يدفع الصبي زميله دفعات متكررة في اللحظات غير المناسبة ؟

سيلاحظ الطلاب إلى أنّه في الحالة الأولى سيتأرجح الصبي وفي الحالة الثانية لم يستطيع ! ثم يوجه المعلم النقاش ليتوصل الطلاب إلى أنّ سبب التأرجح في الحالة الأولى هو الرنين الذي يحدث عندما تؤثر قوة صغيرة في جسم متذبذب أو مهتز في فترات زمنية منتظمة، بحيث تؤدي إلى زيادة سعة الاهتزازة أو الذبذبة، وتكون الفترة الزمنية الفاصلة بين تطبيق القوة على الجسم المهتز مساوية للزمن الدوري للذبذبة.

ثم يذكر المعلم طلابه بمشهد الجسر الذي انهار بسبب ظاهرة الرنين أيضا .. حيث استطاعت قوة الرياح تدمير الجسر عندما توافقت شدّتها مع تأرجح الجسر ، وبمعنى آخر كانت الرياح تشتد ثم تهدئ بشكل توافق مع تأرجح الجسر ممّا سبب سقوطه !!


في الرابط التالي مجلد يحتوي على جميع الصور والفلاشات والفيديو المدرجة في هذا الدرس مع المرشد الدراسي له :

[hide]أضغط هنــــــــا للتحميل ،،، [/hide]

[/justify]

[ناصر اللحياني]

مختبر

[ناصر اللحياني]

[justify]

8-2 الرنين في الأعمدة الهوائية والأوتار Resonance in Air Columns and Strings

( يحتاج إلى 3 حصص )

الحصة الـ 15 :

نشاط 1 : يُوزّع المعلم الطلاب إلى مجموعات ويُعطي كل مجموعة مطاط ، ويطلب منهم شدّها وإصدار صوت ( نغمة ) ثم شدّها بشكل أكبر للمقارنة بين هذه النغمات ، يُوجه المعلم النقاش بداية حتى يتعزز لدى الطلاب ما تعلموه في الدرس السابق وهو أنّ الصوت ينتج عن اهتزازات الأجسام ( أي جسم يهتز كالمطاط مثلا ) والتي تسبب بدورها تذبذبا في ضغط الهواء فيُسمع الصوت ، ثم يتساءل المعلم عن سبب اختلاف حدة الصوت باختلاف مقدار شدّ المطاط ليتوصل الطلاب إلى أنّ السبب هو تغيّر تردد المطاط عند شدّه وبالتالي يتغيّر حدّة صوته .

http://www.youtube.com/watch?v=ImZGAYe8lf8

ثم يطلب المعلم من الطلاب تطبيق ذلك على كل من : مكبر الصوت ، الدفوف ، الصوت البشري ، الآلات الوترية ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ مكبر الصوت عندما يهتز بواسطة التيارات الكهربائية فإنّه يصدر أصواتا ، وكذلك الدفوف عندما تطرق باليد فإنها تهتز فتصدر أصواتا ، وكذلك الصوت البشري عندما يندفع الهواء من الرئتين فإنّ الحبال الصوتية تهتز فتصدر أصواتا .
الخلاصة : يستطيع الطلاب أنّ يصف مصادر الأصوات .

نشاط 2 : يُعطي المعلم كل مجموعة شوكتي رنانة ( مختلفتي التردد ) ومطرقة وعمود هوائي موضوع في أنبوب آخر به ماء ، يطلب المعلم منهم طرق الشوكة الرنانة وتقريبها من العمود الهوائي مع تغيير طوله بتحريكه إلى الأعلى والأسفل وتدوين ملاحظاتهم ( ومثل ذلك مع اعمدة هوائية مفتوحة ) ، سيلاحظ الطلاب حدوث الرنين ( تقوية الصوت ) عند أطوال معينة للعمود الهوائي كما في المقطع التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=-HqtedatLSc

http://www.youtube.com/watch?v=NBJSfWfdoCQ

يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى ما يلي :

- هناك نوعين من الأعمدة الهوائية : أعمدة هوائية مفتوحة ( طرفيها مفتوحان ) ، أعمدة هوائية مغلقة ( أحد طرفيها مغلق ) .
- عند وضع شوكة رنانة فوق عمود هوائي فإما أنّ يهتز الهواء بتردد لا يتوافق مع اهتزاز الشوكة الرنانة وبالتالي لا يحدث تقوية للصوت وإما أنّ يهتز الهواء بتردد يتوافق مع اهتزاز الشوكة الرنانة عند تغيير طول الأنبوب لحد معيّن ( فيحدث الرنين : وهو تقوية الصوت وتحويل الأصوات العشوائية إلى أصوات منتظمة ) .
- عند تغيير تردد الشوكة الرنانة يتغيّر طول عمود الهواء الذي يحدث عنده الرنين ، وهذا يعني أنّ طول عمود الهواء يحدد ترددات الهواء المهتز التي ستكون في حالة رنين .
- تفسير حدوث الرنين ( تقوية الصوت ) في أعمدة الهواء المغلقة : توّلد الشوكة الرنانة فوق عمود الهواء موجة صوتية ( مكونة من ذبذبات مرتفعة الضغط وأخرى منخفضة الضغط ) وعندما تتوافق هذه الموجة الصوتية مع الصوت المنعكس من الطرف المغلق للأنبوب ( ينعكس الضغط المرتفع في صورة ضغط مرتفع ) وبالتالي يحدث تقوية للصوت وتوليد ما يعرف بالموجة المستقرة ( الرنين ) ، تتصف بما يلي :

- وأما في أعمدة الهواء المفتوحة : فيحدث الرنين عندما يتوافق الصوت الذي تصدره الشوكة الرنانة مع الصوت المنعكس من الطرف المفتوح للأنبوب ( ينعكس الضغط المرتفع في صورة ضغط منخفض ) .

ثم يستطرد المعلم بتوضيح أنّه يمكن تمثيل الموجة الصوتية في الأعمدة الهوائية بموجة جيبيه على إحدى اعتبارين :
الاعتبار الأول : تغيرات ضغط الهواء ( ضغط مرتفع / ضغط منخفض )
الاعتبار الثاني : إزاحة جزئيات الهواء ( إزاحات كبيرة / إزاحات صغيرة )

كما في الصورة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330090710.swf]width=848 height=477[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330090758.swf]width=848 height=477[/FLASH]

ومن خلال مناقشة الصور أعلاه سيتوصل الطلاب إلى ترددات الرنين في الأنابيب المغلقة والمفتوحة ، ثم يطلب منهم المعلم إكمال الجدولين التاليين :

ثم يستطرد المعلم بذكر بعض التطبيقات للرنين ، مثل :
- عمل القناة السمعية في الأذن كعمود هوائي مغلق في حالة رنين ممّا يُساعد على زيادة حساسية الأذن .
- عمل الأنفاق كعمود هوائي مفتوح في حالة رنين ممّا يجعل للأصوات دويّ .
- عمل الصدف البحرية كعمود هوائي مغلق في حالة رنين ممّا يُساعد على سماع أصوات .



الحصة الـ 16 :

نشاط 3 : يعرض المعلم على الطلاب المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330090998.swf]width=300 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1328449679.swf]width=540 height=500[/FLASH]

ويتساءل عن طول الوتر لكل حالة ، سيلاحظ الطلاب مطابقة حالات الرنين في هذه الأوتار لحالات الرنين في الأعمدة الهوائية المفتوحة .


نشاط 4 : يعرض المعلم على الطلاب صوت رنين وصوت بشري عبر برنامج (Sound Forge Pro ) :

صوت الرنين :

[media]http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330091080.mp3[/media] أضغط هنـــــا

صوت بشري ( البسملة ) :

[media]http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330091106.mp3[/media] أضغط هنــــــا

ويطلب من الطلاب المقارنة بين الموجات الجيبية التي تصدرها كل منهما ، سيلاحظ الطلاب أنّ الموجة التي تصدر عن صوت الرنين عبر برنامج (Sound Forge Pro ) هي موجة جيبية بسيطة بينما الموجة الصوتية التي تصدر عن الصوت البشري هي موجة معقدة ، كما في الصور التالية :

ثم يُبيّن المعلم أنّ الفرق بين الموجات البسيطة والموجات المعقدة هة ما يُسمى بطابع الصوت أو لون النغمة .



نشاط 5 : يعرض المعلم هذه الأصوات مع الرسوم البيانية المرفقة :

الصوت الأول ورسمه البياني :

[media]http://www.phys.unsw.edu.au/music/clarinet/sounds/C4.mp3[/media]

الصوت الثاني ورسمه البياني :

[media]http://www.phys.unsw.edu.au/music/clarinet/sounds/E3f.mp3[/media]

الصوت الثالث ورسمه البياني :

[media]http://www.phys.unsw.edu.au/music/clarinet/sounds/B3.mp3[/media]

ثم يُبيّن المعلم أنّ الرسم البياني الذي يوضح اتساع الموجة مقابل ترددها يُسمى طيف الصوت .


نشاط 6 : يعرض المعلم هذا الفيديو الذي يُوضح فيه الشيخ حسن الانتقال مقام إلى مقام ( عند قراءة القرآن الكريم ) ،

http://www.youtube.com/watch?v=PzksZqqGl5E

ثم يُبيّن المعلم أنّ هذا الانتقال المتناسق من مقام إلى مقام يُعتبر ( تناغم ) لأنه نتج عن الأنتقال صوت مريح وممتع .

بينما لو كان الإنتقال من مقام إلى آخر بشكل غير متناسق وغير مريح للأذن المستمعة فإنه يُعتبر ( نشاز ) ، وبالتالي فإنه :

عندما يصدر صوتان مختلفان في الحدة في الوقت نفسه فإن الصوت الناتج يكون إما مقبولا أو مزعجا.
ويسمى الصوت المزعج الناتج عن مجموعة ترددات مختلفة في حدتها نشازا، أما إذا نتج صوت ممتع ولطيف فيسمى تناغًما.

وقد لاحظ فيثاغورس أن الأصوات المتناغمة في الأوتار تصدر عندما تكون نسب طولي الوترين نسبا صغيرة غير كسرية : مثلا 2 : 1 ، 3 : 2، أو 4 : 3. وهذا يعني أن لتردداتهما نسب عددية صحيحة

الحصة الـ 17 :

نشاط 7 : يعرض المعلم هذه المحاكاة ( أضغط على next حتى تظهر لك هذه الصورة ) :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330122486.swf]width=550 height=400[/FLASH]

أضغط على التردد 1440 Hz ثم على التردد 2442 Hz ثم على ( 1 + 2 ) ، ثم اطلب من الطلاب ملاحظة ما سمعوه ، سيلاحظ الطلاب تداخل الترددين لينتجا مستويات صوت مرتفعة وأخرى منخفضة .

ثم يُبيّن المعلم أنّ سعة اهتزاز الموجة الناتجة تسمى ( ضربة ) .


ما تبقى من الحصة يحل المعلم مع طلابه مسائل تطبيقية .


في الرابط التالي مجلد يحتوي على جميع الصور والفلاشات والفيديو المدرجة في هذا الدرس :

[hide]أضغط هنـــــا للتحميل [/hide]

[/justify]

[ناصر اللحياني]

المختبر

[ناصر اللحياني]

[justify]

9-1 الاستضاءة illumination

( يحتاج إلى 3 حصص )

الحصة الـ 20 :

نشاط 1 : يستهل المعلم درسه بإطفاء الأنوار بشكل كامل ، ثم يتلو قوله تعالى : ( قل أرأيتم إنّ جعل الله عليكم الليل سرمدا إلى يوم القيامة ، من إله غير الله يأتيكم بضياءٍ أفلا تسمعون ) . موضحا تفسير الآية : أي هل لكم إله غير الله يقدر على أن يرفع هذه الظلمة الدائمة عنكم بضياء ، أي : بنور تطلبون فيه المعيشة وتبصرون فيه ما تحتاجون إليه وتصلح به ثماركم وتعيش فيه دوابكم أفلا تسمعون هذا الكلام سماع فهم وقبول وتدبر وتفكر .

ثم يطلب المعلم من أحد الطلاب أنّ يقف أمام زملائه ويُغمض عينه بقطعة قماش ثم يضع المعلم أمامه أجساما متشابهة ويطلب من الطالب التمييز بينها :

ثم يثير المعلم النقاش عن أهمية الضوء ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ من أهمية الضوء : مساعدة العين على تحسس تغيرات الأجسام ومواقعها – والتمييز بين الأجسام والظلال – والتمييز بين الأجسام وانعكاساتها .

ثم يعرض المعلم هذه الصورة :

ويطلب منهم وصف مسار الضوء ، سيلاحظ الطلاب أنّ الضوء يسير في خطوط مستقيمة ( يتضح ذلك عند انتشار دقائق الغبار ممّا يجعل مسار الضوء مرئيا ، وظاهرة الظل التي تثبت ذلك أيضا ) .

نشاط 2 : يتساءل المعلم : هل يُمكن أنّ نعتبر الضوء سيل من الجسيمات متناهية الصغر كما في المقطع التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=3V96A3Kc7gk

يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ اعتبار الضوء سيل من الجسيمات متناهية الصغر يمكن أنّ يُفسر بعض خصائص الضوء كالانعكاس والانكسار ( وهذا ما كان يعتقده العالم إسحاق نيوتن في نظريته حول الضوء ) ، ولكنّها فشلت عن تفسير بعض الخصائص كالحيود ، ثم يُوضح المعلم أنّ بعض التجارب بيّنت أنّ الضوء يسلك سلوك الموجات .

ويستطرد المعلم بتوضيح أنّ الضوء في نموذج الشعاع الضوئي يُمثل على شكل شعاع ينتقل في خط مستقيم ويتغيّر اتجاهه إذا اعترض مساره حاجز ، كما هو موضح في الصور التالية :

نشاط 3 : يتساءل المعلم عن مصادر الضوء ، يُوجه المعلم النقاش مُستعينا بهذه الصورة حتى يتوصل الطلاب إلى مصادر الضوء هي :
مصادر طبيعية : الشمس ( المصدر الرئيسي للضوء ) ، اللهب والشرر ، بعض الحشرات مثل اليراع .

مصادر صناعيّة ( كهرباء ) : المصابيح المتوهجة ، مصابيح الفلورسنت ، شاشات التلفاز ، أشعة الليزر ، الصمامات الثنائية .

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330643685.swf]width=800 height=580[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330643573.swf]width=420 height=340[/FLASH]

(أضغط على هذه المصابيح )

نشاط 4 : يعرض المعلم هذه الصورة :

ويطلب من الطلاب التفرقة بين ضوء الشمس وضوء القمر ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ الشمس مصدر مُضيء بذاته ويسمى مصدر مضيء ، أما القمر فيضئ بسبب انعكاس الضوء عنه ويسمى مصدر مُستضيء ، وللتعزيز يعرض هذه المحاكاة :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330643734.swf]width=460 height=336[/FLASH]

ثم يتساءل المعلم كيف نرى الأجسام المستضيئة وغيرها وهي لا تصدر ضوءا ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ هذه الأجسام تعكس الضوء فترى .

نشاط 5 : يعرض المعلم على طلابه تجربة ( إخفاء الكأس ) ، تحتاج إلى كأسين أحدهما صغير والآخر كبير ، وكمية من زيت الطعام ، يغمر الكأس الصغير في الكأس الكبير الممتلئ بالزيت كما في مقطع الفيديو التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=xYeg1yAvG0o

ويطلب من الطلاب تعليل هذه الخدعة ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّنا بداية نستطيع رؤية الأجسام إذا انعكس الضوء منها - كما مرّ معنا في النشاط السابق - ، وأما إذا كان الجسم لا يعكس الضوء الساقط عليه فإننا لن نستطيع رؤيته ، وهذا ما حدث في هذه الخدعة حيث أنّ المواد الشفافة لا تعكس الضوء إلى حدّ كبير وبالتالي لا ترى ، فالزيت والكأس من المواد الشفافة التي تسمح للضوء بالنفاذ .

1. الأجسام غير الشفافة ( المعتمة ) : وهي التي لا يمر الضوء من خلالها وتعكس بعض الضوء ( فنراها ) مثل المعادن ومعظم الأشياء.

2. الأجسام شبه الشفافة : وهي التي يمر الضوء من خلالها إلى حدّ ما وبالتالي لا ترى الأجسام بوضوح مثل مظلة المصباح والزيت .

3. الأجسام الشفافة : وهي التي يمر الضوء من خلالها ولا تعكس الضوء ، وبالتالي لا ترى بوضوح كالزجاج المصقول والماء والهواء .

وللتعزيز يطلب المعلم من أحد الطلاب أنّ يلصق قطعتين من شمع البرافين مع بعضهما ويُسلط على القطعة السفلية ضوء كشّاف ( كما في الصورة التالية ) :

وبقلب القطعتين سيلاحظ الطلاب أنّ القطعة السفلية هي التي تضيء دوما ، يُوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ القطعة السفلية تمتص وتعكس الضوء فتقل الكمية الضوء الساقطة على القطعة العلوية ( وهذه من خصائص المواد شبه الشفافة ) .

الحصة الـ 21 :

نشاط 6 : يشغل المعلم مصباحين الأول 100 w والثاني 40 w ، ويطلب من الطلاب المقارنة بينهما :

أو يعرض عليهم مقطع الفيديو التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=DYQlJzBnKIg

أو يعرض المحاكاة التالية مع استخدام المؤشر في الطرف الأيسر للتغيير :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645234.swf]width=420 height=340[/FLASH]

ويطلب من الطلاب وصف ما شاهدوه ، سيلاحظ الطلاب تغيّر معدل انبعاث الضوء من المصباح ، ثم يُبيّن المعلم أنّ هذا التغيّر في معدل انبعاث الضوء من المصباح يُسمى ( التدفق الضوئي ) ، الذي يقاس بوحدة اللومن Lm ، ويعرض هذا الجدول الذي يُبيّن التدفق الضوئي لمصابيح وفق قدرتها الكهربائية :

ويستطرد المعلم بتوضيح أنّه إذا وضع مصباح في مركز كرة نصف قطرها 1 m ، كما في المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645258.swf]width=364 height=336[/FLASH]

فإنّ المصباح سيبعث الضوء في كافة الاتجاهات ، أيّ أنّ التدفق الضوئي سيصطدم بالسطح الداخلي للكرة ، وحتى لو كان نصف قطر الكرة 2 m فإنّ التدفق الضوئي على هذه الكرة سيساوي التدفق الضوئي على الكرة التي نصف قطرها 1 m ، وذلك لأن العدد الكلي للأشعة الضوئية الصادرة عن المصباح لا تتغيّر .

نشاط 7 : يعرض المعلم الصورة التالية :

ويطلب من الطلاب المقارنة بين التدفق الضوئي للمصباحين ، وأيّ السطحين أكثر إضاءة ( استضاءة ) ؟ سيلاحظ الطلاب أنّ التدفق الضوئي لكلا المصباحين هو نفسه ، ولكن إضاءة السطح (أ) هو أكثر ، ثم يُبيّن المعلم أنّ معدل اصطدام الضوء بوحدة المساحات يُسمى ( الاستضاءة ) وتعتبر مقياسا لعدد الاشعة الضوئية التي تصطدم بسطح ما ، وتقاس بوحدة اللوكس Lx .

وللتعزيز يعرض هذه المحاكاة :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645342.swf]width=320 height=240[/FLASH]

حيث أنها تطبيق لاستضاءة أمكان محددة في الغرفة ( أضغط على النقط الحمراء ) .


نشاط 8 : يُعطي المعلم كشافين ( لهما نفس التدفق الضوئي ) لطالبين ، ويغلق أنوار الفصل ، ثم يطلب منهما أنّ يُضيئا إحدى جدران الفصل ، بحيث يكون الطالب الأول على بعد متر واحد عن الجدار بينما يبعد الثاني مترين ، كما هو موضح في الصورة التالية :

ثم يتساءل المعلم أيهما أكثر ( استضاءة ) للجدار وأي المساحتين أكبر ، سيلاحظ الطلاب أنّ الاستضاءة المقابلة للطالب الأول هي أكثر ، بينما المساحة المقابلة للطالب الثاني هي أكبر ، وبتقدير استضاءة المساحة الأولى ( المقابلة للطالب الأول ) إلى استضاءة المساحة الثانية ( المقابلة للطالب الثاني ) سيُلاحظ أنّها الربع .

وهذا يعني أنّ الاستضاءة الناتجة بفعل مصدر ضوء نقطي يتناسب عكسيا مع مربع بعد السطح عن المصدر ( وتسمى علاقة التربيع العكسي ) .
وللتعزيز يعرض المعلم المحاكاة التالية ( أضغط على play ) :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645480.swf]width=500 height=320[/FLASH]

نشاط 9 : يعرض المعلم هذه الصورة ، ويطلب من الطلاب المقارنة بينها :

سيلاحظ الطلاب أنّ كثافة أشعة المصباح 1 أكبر من كثافة أشعة المصباح ب ، وهذا يعني أنّ شدة إضاءة المصباح الأول أكبر من شدة إضاءة المصباح الثاني ، حيث أنّ شدة الإضاءة هي التدفق الضوئي الذي يسقط على مساحة مقدارها 1 m2 من مساحة السطح الداخلي لكرة نصف قطرها 1m .
يوجه المعلم النقاش للتعرف على العوامل المؤثرة على شدة الإضاءة ، حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ شدة الإضاءة تعتمد على : التدفق الضوئي ومربع المسافة بين المصدر الضوئي والسطح .
للإطلاع : أيضا تعتمد شدة الإضاءة على زاوية سقوط الأشعة ، كما في المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645640.swf]width=320 height=240[/FLASH]

وللتعزيز أيضا .. يعرض المعلم المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645613.swf]width=830 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645568.swf]width=450 height=280[/FLASH]

نشاط 10 : يسرد المعلم قصة سرعة الضوء مع عرض المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330645786.swf]width=600 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1330646053.swf]width=600 height=400[/FLASH]

- قبل القرن 17 كان الناس يعتقدون أنّ الضوء ينتقل لحظيا ( أي لا يحتاج إلى زمن للإنتقال ) .

- جهود جاليلو :
• أول من افترض أنّ للضوء سرعة محددة .
• اقترح طريقة لقياس سرعة الضوء مستخدما مفهومي المسافة والزمن .
• استنتج أنّ سرعة الضوء كبيرة جدا .

- جهود أولي رومر :
• أول من أكدّ أنّ الضوء ينتقل بسرعة يمكن قياسها .
• رصد الأزمنة عندما كان القمر يخرج من منطقة ظل المشتري .
• استطاع توقع وقت حدوث خسوف القمر
• أثبت أنّ الضوء ينتقل بسرعة محددة .
• استنتج أنّ الضوء عندما ينتقل مسافة تعادل قطر الأرض يحتاج إلى 22 دقيقة ,

- ألبرت ميكلسون :
• طوّر تقنيات حدثة لقياس سرعة الضوء .
• قاس الزمن الذي يحتاج إليه الضوء ذهابا وإيابا بين جبلين في كاليفورنيا .
.
- سرعة الضوء : 3 ˣ 10^8 m/s



الحصة الـ 22 :
تمارين


في الرابط التالي مجلد يحتوي على جميع الصور والفلاشات والفيديو المدرجة في هذا الدرس مع المرشد الدراسي له :

[hide]

أضغط هنـــــا

[/hide]

[/justify]

[ناصر اللحياني]

[justify]

10-2 المرايا الكروية Curved Mirrors

( يحتاج إلى 3 حصص )

الحصة الـ 31 :

نشاط 1 : يعرض المعلم على طلابه مرآتين : محدبة ومقعرة ( وإنّ لم تتوفر فيمكنه إحضار ملعقتي طعام ) :

سيلاحظ الطلاب أنّ الصورة في المقعرة تظهر مقلوبة ( و يتغيّر حجمها حسب بعد الجسم عن المرآة ) ، بينما تظهر في المرآة المحدبة مصغرة ومعتدلة ، ثم يتساءل المعلم عن سبب اختلاف الصور التي تظهر في كل من المرآة المقعرة و المرآة المحدبة عن الصور التي تظهر في المرآة المستوية ، يوجه المعلم النقاش حتى يتوصل الطلاب إلى أنّ السبب هو لأن المرآة المقعرة تعكس الضوء عن سطحها المقوس إلى الداخل ، بينما تعكس المرآة المحدبة الضوء عن سطحها المقوس إلى الخارج :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333142920.swf]width=400 height=250[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333142938.swf]width=407 height=341[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333142954.swf]width=400 height=200[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333142965.swf]width=407 height=341[/FLASH]

ثم يُبيّن المعلم أنّ المرآة المقعرة والمرآة المحدبة هي مرايا كروية فهي عبارة عن جزء مأخوذ من كرة جوفاء أحد سطحيها عاكس للضوء :

وأصطلح على أنّ مركزها C [ مركز التكور ] ونصف قطرها r [ نصف قطر الكرة ] ومحورها الرئيسي CM [ وهو خط مستقيم متعامد على سطح المرآة ] ، وقطبها M [ وهي نقطة تقاطع المحور الرئيسي مع سطح المرآة ] ، وبؤرتها F [ وهي نقطة تجمع انعكاسات الأشعة المتوازية الساقطة والموازية للمحور الرئيس ، وتقع في منتصف المسافة بين مركز التكور C والقطب M ] كما هو موضح في الصورة والمحاكاة التالية للمرآة المقعرة:

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333143056.swf]width=352 height=288[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333142790.swf]width=350 height=305[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333142814.swf]width=342 height=290[/FLASH]

ثم يستطرد المعلم بذكر أن المرآة المقعرة يستخدمها طبيب الأسنان والرجل عند الحلاقة والمرآة للمكياج وكذلك تستخددم كعاكسات في المصابيح الأمامية للسيارات وفي الأدوات التي تعمل بالطاقة الشمسية .

بينما تستخدم المرآة المحدبة للرؤية الآمنة في الطرقات عند المنعطفات الخطرة و على أسقف المحلات التجارية وكذلك في المرايا الجانبية في السيارات .

نشاط 2 : يقسم المعلم الطلاب إلى مجموعات ويعطي كل مجموعة مرآة مقعرة وجسم ما ، ويطلب منهم دراسة حالات تكون الصور في المرآة المقعرة ، يساعد المعلم الطلاب في تنفيذ التجربة كما في المقطع التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=TU0_2z4R9KE

يوجه المعلم تنفيذ الطلاب للتجارب مع توضيح الطريقة الهندسية لرسم الأشعة .

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333143082.swf]width=550 height=400[/FLASH]

سيلاحظ الطلاب حالات تكون الصور في المرآة المقعرة بشكل مشابه لما في الفيديو :

الحالة الأولى : الثانية 34 - عندما يقع الجسم في اللانهاية : فإن الصورة تكون حقيقية مقلوبة مصغرة .
الحالة الثانية : الثانية 38 - عندما يقع الجسم خلف مركز التكور ( مسافة أكبر من ضعفي البعد البؤري ) : فإن الصورة تكون حقيقية مقلوبة مصغرة ( تقع بين البؤرة ومركز التكور ) .
الحالة الثالثة : الثانية 42 - عندما يقع الجسم على مركز التكور : فإن الصورة تكون حقيقية مقلوبة مساوية لطول الجسم ( تقع على ومركز التكور ) .
الحالة الرابعة : الثانية 45 - عندما يقع الجسم بين مركز التكور والبؤرة : فإن الصورة تكون حقيقية مقلوبة مكبرة .
الحالة الخامسة : الثانية 48 - عندما يقع الجسم على البؤرة : فإن الصورة تكون في اللانهاية
الحالة السادسة : الثانية 51 - عندما يقع الجسم بين البؤرة والقطب : فإن الصورة تكون وهمية معتدلة مكبرة .

سيلاحظ أنّ المقصود بالصورة الحقيقية هي التي تتكون من التقاء الأشعة المنعكسة ويمكن جمعها على حاجز وتكون دائما مقلوبة ، أما الصور الوهمية فهي فلا يمكن استقبالها على حاجز لأن الأشعة المنعكسة متوازية ومن ثم فلا تتقاطع ، لذا نقول أنّ الصورة تكوّنت في المالانهاية أي وهمية ، وللتعزيز يعرض المحاكات التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333143251.swf]width=540 height=500[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1332941836.swf]width=800 height=600[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333143215.swf]width=800 height=490[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1332941748.swf]width=550 height=400[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1332941782.swf]width=620 height=320[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333143241.swf]width=620 height=320[/FLASH]

نشاط 3 : يعرض المعلم على الطلاب الصورة التالية :

سيلاحظ الطلاب أنّ الصورة في كلا المرآتين المقعرتين تم تكبيرها ، مع ملاحظة أنّ الصورة اليُمنى مُشوّهة ، يُبيّن المعلم أنّ هذا يعود لما يُسمى بالزوغان الكروي ( التشوّه الكروي ) ، وهو الذي يحدث في المرايا ذات ارتفاع كبير ونصف قطر صغير مما يُسبب عدم انعكاس الاشعة على البؤرة بالضبط بل في نقاط أقرب إلى المرآة ، كما هو موضح في الصورة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333143358.swf]width=352 height=288[/FLASH]

ويستطرد المعلم بأنّ بتوضيح أنّ المرآة المقعرة التي تكون على شكل قطع مكافيء لا تعاني من الزوغان الكروي .



الحصة الـ 32 :

نشاط 4 : يعرض المعلم على الطلاب الصورة التالية :

ثم يستنتج لهم معادلة المرايا الكروية :

الاستنتاج للإطلاع في الرابط التالي :

http://www.learnquebec.ca/en/content..._eqmircav.html

ثم يعرض عليهم المحاكاة التالية لاستنتاج التكبير :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333143437.swf]width=352 height=288[/FLASH]

نشاط 5 : يقسم المعلم الطلاب إلى مجموعات ويعطي كل مجموعة مرآة محدبة وجسم ما ، ويطلب منهم دراسة حالات تكون الصور في المرآة المحدبة ، يساعد المعلم الطلاب في تنفيذ التجربة كما في المقطع التالي :

http://www.youtube.com/watch?v=TU0_2z4R9KE

سيلاحظ الطلاب حالة واحدة لتكون الصور في المرآة المحدبة بشكل مشابه لما في الفيديو : الدقيقة 1:03 وهي صورة وهمية مصغرة معتدلة ، وللتعزيز يعرض المحاكاة التالية :

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1333143481.swf]width=800 height=490[/FLASH]

[FLASH=http://www.Lahyan.net/vb/uploaded/806/1332941736.swf]width=550 height=400[/FLASH]

تمارين .

الحصة الـ 33 :
تمارين .

في الرابط التالي مجلد يحتوي على جميع الصور والفلاشات والفيديو المدرجة في هذا الدرس مع المرشد الدراسي له :

[hide]أضغط هنـــــا للتحميل [/hide]

[/justify]

[ناصر اللحياني]

مختبر

[ناصر اللحياني]

11-2 العدسات المحدبة والمقعرة