امتحان تجريبي التيارات المستحثة وتطبيقاتها — Practice Exam: Induced Currents and Their Applications

السؤال الأول:Question 1:

سلك طوله 1.5 متر يتحرك عموديًا على مجال مغناطيسي مقداره 0.8 تسلا بسرعة 2 م/ث. ما مقدار القوة الدافعة الكهربائية المتولدة في السلك؟A wire of length 1.5 m moves perpendicular to a magnetic field of 0.8 T at 2 m/s. What is the induced EMF?

1.2 V

2.4 V

0.6 V

3.0 V

الحلSolution

📌 الخطوة 1: نستخدم قانون فارادي للحث: \(\varepsilon=B\cdot L\cdot v\)

📌 الخطوة 2: تعويض القيم: \(B=0.8\,T,\;L=1.5\,m,\;v=2\,m/s\)

📌 الخطوة 3: \(\varepsilon=0.8\times1.5\times2=2.4\,V\)

✅ الإجابة الصحيحة: 2.4 V

📌 Step 1: Use Faraday's law: \(\varepsilon=B\cdot L\cdot v\)

📌 Step 2: Substitute: \(B=0.8\,T,\;L=1.5\,m,\;v=2\,m/s\)

📌 Step 3: \(\varepsilon=0.8\times1.5\times2=2.4\,V\)

✅ Correct answer: 2.4 V

السؤال الثاني:Question 2:

صف المولد الكهربائي وحدّد مكوناته وطبّق مفهوم الحث الكهرومغناطيسي لشرح كيفية عمله.Describe the electric generator, identify its components, and apply electromagnetic induction to explain how it works.

يحوّل الطاقة الكهربائية إلى ميكانيكيةConverts electrical to mechanical energy

يتكوّن من مغناطيس دائم وسلك فقطConsists only of a permanent magnet and wire

يحوّل الطاقة الميكانيكية إلى كهربائية باستخدام الحث الكهرومغناطيسيConverts mechanical to electrical energy using electromagnetic induction

يعمل بدون مجال مغناطيسيWorks without a magnetic field

الحلSolution

📌 التحليل: المولد الكهربائي يحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية باستخدام الحث الكهرومغناطيسي.

📌 المكونات: يتكوّن المولد من: ملف دوار (حافظة)، مجال مغناطيسي، حلقات انزلاقية، وفرشاتان.

📌 المبدأ: عندما يدور الملف في المجال المغناطيسي، يتغيّر التدفق المغناطيسي عبره، فتتولد قوة دافعة كهربائية مستحثة وفقًا لقانون فارادي.

✅ الإجابة الصحيحة: يحوّل الطاقة الميكانيكية إلى كهربائية

📌 Analysis: The generator converts mechanical energy into electrical energy using electromagnetic induction.

📌 Components: Rotating coil (armature), magnetic field, slip rings, and brushes.

📌 Principle: As the coil rotates in the field, the magnetic flux through it changes, inducing an EMF per Faraday's law.

✅ Correct answer: Converts mechanical to electrical energy

السؤال الثالث:Question 3:

حدّد التحوّل الرئيسي للطاقة الذي يحدث في المولد الكهربائي.Identify the main energy transformation that occurs in an electric generator.

كهربائية إلى ميكانيكيةElectrical to mechanical

ميكانيكية إلى كهربائيةMechanical to electrical

حرارية إلى كهربائيةThermal to electrical

ضوئية إلى كهربائيةLight to electrical

الحلSolution

📌 المبدأ: المولد الكهربائي يحوّل الطاقة الميكانيكية (من دوران التوربين أو المحرك) إلى طاقة كهربائية.

📌 الآلية: يتم ذلك عبر الحث الكهرومغناطيسي أثناء دوران الملف في مجال مغناطيسي.

✅ الإجابة الصحيحة: ميكانيكية إلى كهربائية

📌 Principle: The generator converts mechanical energy (from turbine/motor rotation) into electrical energy.

📌 Mechanism: This happens via electromagnetic induction as the coil rotates in a magnetic field.

✅ Correct answer: Mechanical to electrical

السؤال الرابع:Question 4:

في مولد تيار متردد، متى يكون التيار الناتج في أقصى قيمته؟In an AC generator, when is the output current at its maximum value?

عندما يكون مستوى الملف موازيًا للمجال المغناطيسيWhen the coil plane is parallel to the magnetic field

عندما يكون مستوى الملف عموديًا على المجال المغناطيسيWhen the coil plane is perpendicular to the magnetic field

عندما يكون مستوى الملف بزاوية 45° مع المجالWhen the coil plane is at 45° to the field

لا يعتمد على اتجاه الملفIt doesn't depend on coil orientation

الحلSolution

📌 الخطوة 1: التيار المستحث يعتمد على معدل تغيّر التدفق المغناطيسي عبر الملف.

📌 الخطوة 2: يكون معدل تغيّر التدفق أكبر ما يمكن عندما يكون مستوى الملف موازيًا للمجال المغناطيسي (أي عمود الملف عموديًا على المجال).

✅ الإجابة الصحيحة: عندما يكون مستوى الملف موازيًا للمجال المغناطيسي

📌 Step 1: Induced current depends on the rate of change of magnetic flux through the coil.

📌 Step 2: The rate of flux change is greatest when the coil plane is parallel to the field (i.e. the coil's normal is perpendicular to B).

✅ Correct answer: When the coil plane is parallel to the magnetic field

السؤال الخامس:Question 5:

إذا كان تردد مولد تيار متردد 50 هرتز، فما الزمن الدوري للتيار الناتج؟If an AC generator has a frequency of 50 Hz, what is the period of the output current?

0.02 s

0.04 s

0.05 s

0.1 s

الحلSolution

📌 القانون: الزمن الدوري \(T=\dfrac{1}{f}\)

📌 التعويض: \(T=\dfrac{1}{50}=0.02\,s\)

✅ الإجابة الصحيحة: 0.02 s

📌 Law: Period \(T=\dfrac{1}{f}\)

📌 Substitution: \(T=\dfrac{1}{50}=0.02\,s\)

✅ Correct answer: 0.02 s

السؤال السادس:Question 6:

القدرة اللحظية المنتجة بواسطة مولد متردد (في حمل مقاوم) تكون دائمًا موجبة. لماذا؟The instantaneous power produced by an AC generator (in a resistive load) is always positive. Why?

لأن الجهد يعاكس التيار دائمًا في الإشارةBecause voltage always opposes current in sign

لأن القدرة تعتمد على مربع التيارBecause power depends on the square of current

لأن الجهد والتيار دائمًا في طورين متعاكسينBecause voltage and current are always in opposite phases

لأن القدرة تساوي الجهد مضروبًا في مربع المقاومةBecause power equals voltage times resistance squared

الحلSolution

📌 التحليل: القدرة اللحظية في مقاومة: \(P=I^2R\)، حيث I هو التيار اللحظي.

📌 السبب: بما أن مربع التيار دائمًا موجب (حتى عندما يكون التيار سالبًا)، وR موجبة، فإن P تكون دائمًا موجبة أو صفرًا.

✅ الإجابة الصحيحة: لأن القدرة تعتمد على مربع التيار

📌 Analysis: Instantaneous power in a resistor: \(P=I^2R\), where I is the instantaneous current.

📌 Reason: Since the square of current is always non-negative (even when current is negative) and R is positive, P is always non-negative.

✅ Correct answer: Because power depends on the square of current

السؤال السابع:Question 7:

إذا كانت القدرة القصوى لمولد تيار متردد 1000 واط، فما متوسط القدرة الناتجة؟If the maximum power of an AC generator is 1000 W, what is the average power output?

500 W

707 W

1000 W

1414 W

الحلSolution

📌 القانون: لموجة جيبية: متوسط القدرة = القدرة القصوى ÷ 2

📌 التعويض: \(P_{avg}=\dfrac{1000}{2}=500\,W\)

✅ الإجابة الصحيحة: 500 W

📌 Law: For a sinusoidal wave: average power = maximum power ÷ 2

📌 Substitution: \(P_{avg}=\dfrac{1000}{2}=500\,W\)

✅ Correct answer: 500 W

السؤال الثامن:Question 8:

سلك طوله 0.5 متر يتحرك بسرعة 3 م/ث عموديًا على مجال مغناطيسي مقداره 0.4 تسلا. حدّد اتجاه التيار الحثي وفقًا لقانون لينز وقاعدة اليد اليمنى، وفقًا للاتجاهات المعطاة في السؤال الأصلي.A wire of length 0.5 m moves at 3 m/s perpendicular to a 0.4 T field. Determine the induced current's direction using Lenz's law and the right-hand rule, per the directions given in the original setup.

في اتجاه حركة السلكIn the direction of wire motion

عكس اتجاه حركة السلكOpposite to wire motion

إلى أعلىUpward

إلى أسفلDownward

الحلSolution

📌 قانون لينز: التيار الحثي يكون في اتجاه يعارض التغيّر في التدفق المغناطيسي.

📌 قاعدة اليد اليمنى: باستخدام قاعدة اليد اليمنى (الإبهام لاتجاه الحركة، الأصابع لاتجاه المجال)، يُحدَّد اتجاه التيار من راحة اليد.

📌 ملاحظة: هذا السؤال يعتمد أصلًا على رسم توضيحي محدد الاتجاهات، لذا طبّق القاعدة على الاتجاهات المحددة في الشكل المرافق للسؤال لديك.

✅ الإجابة الصحيحة (وفق الشكل الأصلي): إلى أعلى

📌 Lenz’s law: The induced current opposes the change in magnetic flux.

📌 Right-hand rule: Using the right-hand rule (thumb → motion, fingers → field), current direction is from the palm.

📌 Note: This question depends on a specific diagram with defined directions; apply the rule to the exact directions shown in your figure.

✅ Correct answer (per original figure): Upward

السؤال التاسع:Question 9:

إذا أُدخل قطب شمالي لمغناطيس في ملف، فما نوع القطب المتولّد على وجه الملف المقابل للمغناطيس، وما اتجاه التيار الحثي؟If a magnet’s north pole is inserted into a coil, what pole is induced on the facing coil face, and what is the induced current’s direction?

قطب شمالي، التيار عكس عقارب الساعةNorth pole, current counterclockwise

قطب شمالي، التيار مع عقارب الساعةNorth pole, current clockwise

قطب جنوبي، التيار عكس عقارب الساعةSouth pole, current counterclockwise

قطب جنوبي، التيار مع عقارب الساعةSouth pole, current clockwise

الحلSolution

📌 قانون لينز: يتولد قطب شمالي على وجه الملف ليعارض حركة القطب الشمالي المقترب (التنافر يعارض دخول المغناطيس).

📌 قاعدة اليد اليمنى: لإنتاج قطب شمالي على ذلك الوجه، يكون اتجاه التيار (كما يُرى من جهة ذلك الوجه) عكس عقارب الساعة.

✅ الإجابة الصحيحة: قطب شمالي، التيار عكس عقارب الساعة

📌 Lenz’s law: A north pole is induced on the facing coil face to repel/oppose the approaching north pole.

📌 Right-hand rule: To produce a north pole on that face, the current (viewed from that face) flows counterclockwise.

✅ Correct answer: North pole, current counterclockwise

السؤال العاشر:Question 10:

عرّف الحث الذاتي، وصف تأثيره في دائرة تحتوي ملفًا عند تشغيل التيار أو إيقافه فجأة.Define self-inductance and describe its effect in a circuit with a coil when current is suddenly switched on or off.

نقصان التيار فجأةSudden decrease in current

توليد تيار مستحث يعارض التغيّر في التيار الأصليInduced current opposes the change in the original current

زيادة التيار فجأةSudden increase in current

عدم وجود أي تأثيرNo effect

الحلSolution

📌 التعريف: الحث الذاتي هو خاصية الملف التي تعارض أي تغيّر في التيار المار فيه.

📌 عند التشغيل: يولّد الملف تيارًا مستحثًا يعارض زيادة التيار (يبطئ ارتفاعه).

📌 عند الإيقاف: يولّد الملف تيارًا مستحثًا يحاول الحفاظ على التيار (يمنع انخفاضه السريع).

📌 المعادلة: \(\varepsilon=-L\dfrac{di}{dt}\)، حيث L معامل الحث الذاتي.

✅ الإجابة الصحيحة: توليد تيار مستحث يعارض التغيّر في التيار الأصلي

📌 Definition: Self-inductance is a coil property that opposes any change in the current flowing through it.

📌 On switch-on: The coil induces a current opposing the increase (slowing the rise).

📌 On switch-off: The coil induces a current trying to maintain the current (preventing a rapid drop).

📌 Equation: \(\varepsilon=-L\dfrac{di}{dt}\), where L is the self-inductance.

✅ Correct answer: Induced current opposes the change in the original current

السؤال الحادي عشر:Question 11:

محوّل رافع للجهد عدد لفات ملفه الابتدائي 100 لفة وملفه الثانوي 500 لفة. إذا كان جهد الدخل 50 فولت، فما جهد الخرج؟A step-up transformer has 100 primary turns and 500 secondary turns. If the input voltage is 50 V, what is the output voltage?

10 V

50 V

250 V

500 V

الحلSolution

📌 قانون المحوّل: \(\dfrac{V_s}{V_p}=\dfrac{N_s}{N_p}\)

📌 التعويض: \(V_s=V_p\times\dfrac{N_s}{N_p}=50\times\dfrac{500}{100}=250\,V\)

✅ الإجابة الصحيحة: 250 V

📌 Transformer law: \(\dfrac{V_s}{V_p}=\dfrac{N_s}{N_p}\)

📌 Substitution: \(V_s=V_p\times\dfrac{N_s}{N_p}=50\times\dfrac{500}{100}=250\,V\)

✅ Correct answer: 250 V

السؤال الثاني عشر:Question 12:

لماذا تُستخدم المحوّلات في شبكات نقل الطاقة لمسافات طويلة؟Why are transformers used in long-distance power transmission networks?

لزيادة التيار وتقليل الفقد في الطاقةTo increase current and reduce power loss

لتقليل الجهد وتقليل الفقد في الطاقةTo decrease voltage and reduce power loss

لزيادة الجهد وتقليل التيار وبالتالي تقليل الفقد في الطاقةTo increase voltage and decrease current, reducing power loss

لتغيير تردد التيار المترددTo change the AC frequency

الحلSolution

📌 الفقد في الطاقة: الفقد أثناء النقل: \(P_{loss}=I^2R\)

📌 العلاقة: الفقد يتناسب مع مربع التيار، فتقليل التيار يقلّل الفقد بشكل كبير.

📌 دور المحوّل: يرفع المحوّل الجهد ويخفض التيار المقابل أثناء النقل لمسافات طويلة، فيقلّل الفقد.

✅ الإجابة الصحيحة: لزيادة الجهد وتقليل التيار وبالتالي تقليل الفقد في الطاقة

📌 Power loss: Transmission loss: \(P_{loss}=I^2R\)

📌 Relation: Loss scales with the square of current, so reducing current greatly reduces loss.

📌 Transformer role: Transformers step up voltage (and step down current) for long-distance transmission, reducing loss.

✅ Correct answer: To increase voltage and decrease current, reducing power loss

السؤال الثالث عشر:Question 13:

إذا كان تردد موجة كهرومغناطيسية \(3\times10^{15}\,Hz\)، احسب طولها الموجي علمًا أن \(c=3\times10^{8}\,m/s\)If an EM wave has frequency \(3\times10^{15}\,Hz\), calculate its wavelength given \(c=3\times10^{8}\,m/s\)

\(1\times10^{-7}\,m\)

\(1\times10^{-8}\,m\)

\(1\times10^{-9}\,m\)

\(1\times10^{-10}\,m\)

الحلSolution

📌 قانون الموجة: \(\lambda=\dfrac{c}{f}\)

📌 التعويض: \(\lambda=\dfrac{3\times10^8}{3\times10^{15}}=1\times10^{-7}\,m\)

✅ الإجابة الصحيحة: \(1\times10^{-7}\,m\)

📌 Wave equation: \(\lambda=\dfrac{c}{f}\)

📌 Substitution: \(\lambda=\dfrac{3\times10^8}{3\times10^{15}}=1\times10^{-7}\,m\)

✅ Correct answer: \(1\times10^{-7}\,m\)

السؤال الرابع عشر:Question 14:

ما الخاصية التي تختلف بين موجات الراديو AM وFM؟What property differs between AM and FM radio waves?

السرعة في الفراغSpeed in vacuum

طريقة تعديل الموجة الحاملةMethod of modulating the carrier wave

التردد الأساسيFundamental frequency

الطول الموجي في الفراغWavelength in vacuum

الحلSolution

📌 الفرق الرئيسي: الفرق بين AM وFM هو طريقة تعديل الموجة الحاملة.

📌 AM: تعديل السعة: تتغيّر سعة الموجة الحاملة وفق الإشارة الصوتية.

📌 FM: تعديل التردد: يتغيّر تردد الموجة الحاملة وفق الإشارة الصوتية.

✅ الإجابة الصحيحة: طريقة تعديل الموجة الحاملة

📌 Main difference: AM vs FM differ in how the carrier wave is modulated.

📌 AM: Amplitude Modulation: the carrier amplitude varies with the audio signal.

📌 FM: Frequency Modulation: the carrier frequency varies with the audio signal.

✅ Correct answer: Method of modulating the carrier wave

السؤال الخامس عشر:Question 15:

إذا كانت سرعة موجة كهرومغناطيسية في مادة ما \(v=2\times10^{8}\,m/s\)، احسب معامل انكسار هذه المادة علمًا بأن \(c=3\times10^{8}\,m/s\)If an EM wave travels at \(v=2\times10^{8}\,m/s\) in a material, calculate its refractive index given \(c=3\times10^{8}\,m/s\)

0.67

1.5

2.0

3.0

الحلSolution

📌 القانون: \(n=\dfrac{c}{v}\)

📌 التعويض: \(n=\dfrac{3\times10^8}{2\times10^8}=1.5\)

✅ الإجابة الصحيحة: 1.5

📌 Law: \(n=\dfrac{c}{v}\)

📌 Substitution: \(n=\dfrac{3\times10^8}{2\times10^8}=1.5\)

✅ Correct answer: 1.5

⚡ امتحان تجريبي التيارات المستحثة وتطبيقاتها

🧪 امتحان تجريبي في الفيزياء

🧪 Physics Practice Exam

الفصل الثالث - الصف الثاني عشر عام

Chapter 3 - Grade 12 General

🇦🇪 دولة الإمارات العربية المتحدة

🇦🇪 United Arab Emirates

📐 حل المسائل التالية

📐 Solve the Following Problems