أسئلة نموذجية حول الموجات الضوئية

11 مثالاً على الموجات الضوئية

1. محزز حيود

انتبه إلى العبارات التالية:

(1) استبدل الشبكة بشبكة تحتوي على عدد أكبر من الخطوط لكل مليمتر.

(2) الضوء الذي يتساقط من الأزرق إلى الأصفر

(3) غيّر لون الضوء المنبعث من الأحمر إلى الأخضر

(4) حرك الشاشة أقرب إلى الشبكة

ما يتضمنه الجهد المبذول لزيادة عرض النطاق الساطع في تجربة محزز الحيود هو...

مناقشة

صيغة التداخل في الشق المزدوج (التداخل البنّاء):

عرض الشق (d) صغير جدًا مقارنةً بالمسافة بين الشق والشاشة (L)، لذا فإن الزاوية صغيرة جدًا. والزاوية صغيرة جدًا لدرجة أن قيمة sin θ قريبة من tan θ.

sin θ ≈ tan θ = y / L

معلومة:

y = عرض النطاق الساطع، n = الرتبة، λ = الطول الموجي، L = المسافة بين المحزز والشاشة، d = عرض الشق.

د = 1 / (4000 خط / سم) = 0,00025 سم

(1) استبدل الشبكة بشبكة تحتوي على عدد أكبر من الخطوط لكل مليمتر.

كونتوه:

د = 1 / (1000 خط / سم) = 0,001 سم

د = 1 / (2000 خط / سم) = 0,0005 سم

د = 1 / (3000 خط / سم) = 0,0003 سم

د = 1 / (4000 خط / سم) = 0,00025 سم

بناءً على هذه الحسابات، إذا كان عدد الخطوط لكل مليمتر أكبر، فإن عرض الشق (d) يكون أصغر. وبناءً على الصيغة المذكورة أعلاه، إذا كان عرض الشق (d) أصغر، فإن عرض الشريط المضيء (y) يكون أكبر.

هذا البيان صحيح.

(2) الضوء الذي يتساقط من الأزرق إلى الأصفر

يتمتع الضوء الأزرق بتردد أعلى من الضوء الأصفر، والعكس صحيح.

يتميز الضوء الأزرق بطول موجي أقصر من الضوء الأصفر.

إذا انخفض الضوء من اللون الأزرق إلى اللون الأصفر، فإن الطول الموجي يصبح أكبر.

استنادًا إلى الصيغة أعلاه، إذا كان الطول الموجي أكبر، فإن عرض النطاق الساطع (y) يكون أكبر.

هذا البيان صحيح.

(3) غيّر لون الضوء المنبعث من الأحمر إلى الأخضر

يتميز الضوء الأحمر بتردد أقل من الضوء الأخضر، والعكس صحيح.

يتميز الضوء الأحمر بطول موجي أطول من الضوء الأصفر.

إذا تم إسقاط الضوء من اللون الأحمر إلى اللون الأخضر، فإن الطول الموجي يصبح أصغر.

استنادًا إلى الصيغة أعلاه، إذا كان الطول الموجي أصغر، فإن عرض النطاق الساطع (y) يكون أصغر.

هذا الكلام خاطئ.

(4) حرك الشاشة أقرب إلى الشبكة

تقريب الشاشة من الشبكة يعني تقليل L. بناءً على الصيغة أعلاه، إذا كانت المسافة بين الشبكة والشاشة (L) أصغر، فإن عرض الشريط الساطع (y) يكون أصغر.

هذا الكلام خاطئ.

2. انعراج الضوء

في تجربة حيود ضوئي باستخدام محزز ذي 4.500 خط/سم ^، على شاشة موضوعة على بُعد L من المحزز، تكون المسافة بين الحزمة المضيئة من الرتبة الثانية 1 مم. إذا استُبدل المحزز المستخدم بمحزز آخر ذي 5.400 خط/سم ^، فإن المسافة بين الحزمة المضيئة من الرتبة الثانية والحزمة المضيئة المركزية هي...

أ. 0,6 مم

ب. 0,9 مم

ج. 1,2 مم

د. 1,6 ملم

2,2 مم

مناقشة

من المعروف أن:

d ₁ = 1 / (4500 خط / سم) = 1/4500 سم

ن ₁ = 2

ص ₁ = 1 مم = 0,1 سم

d² = 1 / (5400 خط / سم ₎ = 1/5400 سم

ن ₂ = 2

السؤال: y ₂

الجواب:

صيغة التداخل في الشق المزدوج (التداخل البنّاء):

d sin θ = n λ

عرض الشق صغير جدًا مقارنةً بالمسافة بين الشق والشاشة، لذا فإن الزاوية صغيرة جدًا. والزاوية صغيرة لدرجة أن قيمة جيب الزاوية (sin θ) قريبة من قيمة ظل الزاوية (tan θ).

sin θ ≈ tan θ = y / L

d sin θ = n λ

د (ص / ل) = ن λ

dy = n λ L

المعلومات:

d = عرض الشق، y = المسافة بين الضوء المركزي والضوء من الرتبة n، n = الرتبة، λ = الطول الموجي، L = المسافة بين المحزز والشاشة.

التجربة 1:

د² ص² = _{ن² λ} ل_​

(1/4500)(0,1) = (2) λ L

0,1 / 4500 = (2) λ L

0,1 / (2)(4500) = λ L

0,1 / 9000 = λ L

التجربة 2:

د² ص² = _{ن² λ} ل_​

(1/5400)(y ₂ ) = (2) λ L

y ₂ / 5400 = (2) λ L

y² _/ ( 2)(5400) = λ L

y ₂ / 10.800 = λ L

الطول الموجي للضوء (λ) المستخدم هو نفسه والمسافة بين المحزز والشاشة (L) هي نفسها أيضًا.

λ L = λ L

0,1 / 9000 = y ₂ / 10.800

(0,1)(10.800) = (y ₂ )(9000)

1080 = ص ₂ (9000)

ص _٢ = ١٠٨٠ / ٩٠٠٠

ص ₂ = 0,12 سم

y ₂ = 1,2 مم

الإجابة الصحيحة هي ج.

تداخل الضوء

3. يُضاء شقان ضيقان يفصل بينهما مسافة 2 مم بشكل عمودي. على شاشة تبعد مترًا واحدًا عن الشقين، يتشكل خط ساطع رابع، يقع على بُعد 1 مم من الخط الساطع المركزي. طول موجة الضوء المستخدم هو...

أ. 24 × ^10⁻⁶ م

ب. 8,0 × ^10⁻⁶ م

ج. 3,7 × ^10⁻⁶ م

د. 2,0 × ^10⁻⁶ م

هـ. 0,5 × ^10⁻⁶ م

مناقشة

من المعروف أن:

المسافة بين الشقين (d) = 2 مم = 2 × ^10⁻³ متر

الرتبة (ن) = 4

المسافة بين الشاشة والفجوة (l) = 1 متر

المسافة بين الخط الساطع السادس والخط الساطع المركزي (ص) = 1 مم = 1 × 10⁻³ ^متر = ^10⁻³ متر

السؤال: طول موجة الضوء ( λ)

الجواب:

صيغة التداخل في الشق المزدوج (التداخل البنّاء):

d sin θ = n λ

المسافة بين الشقين أصغر من المسافة بينهما وبين الشاشة، لذا فإن الزاوية صغيرة جدًا. الزاوية صغيرة جدًا لدرجة أن قيمة sin θ قريبة من tan θ.

طول موجة الضوء ( λ):

الإجابة الصحيحة هي هـ.

٤. في تجربة يونغ، استُخدم شقّان ضيقان، يفصل بينهما ٣ ملم، ووُضعت شاشة على بُعد متر واحد من الشقّين. إذا أُنتج الضوء السادس على بُعد ١ ملم من الضوء المركزي، فإن طول موجة الضوء المستخدم هو...

أ. 0,5 × ^10⁻⁶ م

ب. 2,0 × ^10⁻⁶ م

ج. 3,7 × ^10⁻⁶ م

د. 8,0 × ^10⁻⁶ م

هـ. 24 × ^10⁻⁶ م

مناقشة

من المعروف أن:

المسافة بين الشقين (d) = 3 مم = 3 × ^10⁻³ متر

الرتبة (ن) = 6

المسافة بين الشاشة والفجوة (l) = 1 متر

المسافة بين الخط الساطع السادس والخط الساطع المركزي (ص) = 1 مم = 1 × 10⁻³ ^متر = ^10⁻³ متر

السؤال: طول موجة الضوء ( λ)

الجواب:

طول موجة الضوء ( λ):

الإجابة الصحيحة هي أ.

خصائص الموجات الضوئية

5. خصائص الأمواج:

(1) شكل الموجة الطولية

(2) يمكن أن ينكسر

(3) يمكن أن يتداخل

(4) يمكن استقطابها

(5) يتطلب انتشاره وسطًا

العبارة المذكورة أعلاه، والتي تُعدّ من خصائص الموجات الضوئية، هي العدد...

أ. (1) و (2) و (3)

ب. (1) و (2) و (4)

ج. (1) و(3) و(5)

د. (2) و (3) و (4)

هـ. (2)، (2) و(5)

مناقشة

الإجابة الصحيحة هي د.

6. 2015/2016 SMA/MA فيزياء أسئلة الأمم المتحدة رقم 29

انتبه إلى العبارة التالية!

(1) يمكن أن يتداخل

(2) تجربة الاستقطاب

(3) تجربة الانعراج

(4) الزحف بدون وسيط

(5) يمكن عكسه

العبارة الصحيحة أعلاه حول خصائص الموجات الصوتية هي...

أ. (1) و (2) و (3)

ب. (1) و(3) و(5)

ج. (1) و(4) و(5)

د. (2) و (3) و (4)

هـ. (3)، (4)، و(5)

مناقشة

(2) تتعرض الموجات المستعرضة للاستقطاب. أما الموجات الصوتية فهي موجات طولية.

(4) الموجات التي تنتشر بدون وسط هي موجات كهرومغناطيسية فقط، أما الموجات الصوتية فهي موجات ميكانيكية تتطلب وسطًا للانتشار.

الإجابة الصحيحة هي ب.

محزز حيود

7. يحتوي محزز حيود على 4.000 خط لكل سنتيمتر. يُسلط ضوء أحادي اللون على المحزز فينتج خطًا ساطعًا من الرتبة الثانية. إذا كانت زاوية الانحراف 30 ^درجة ، فإن طول موجة الضوء هو... (1 أنغستروم = 10⁻¹⁰ ^متر )

أ. 8.000 أنغستروم

ب. 6.250 أنغستروم

ج. 5.000 أنغستروم

د. 4.500 أنغستروم

هـ. 4.000 أنغستروم

مناقشة

من المعروف أن:

ثابت الشبكة (d) = 1 / (4000 خط / سم) = 0,00025 سم = 2,5 × 10⁻⁴ ^سم = 2,5 × ^10⁻⁶ متر

الرتبة (ن) = 2

sin 30 ^° = 0,5

1 أنغستروم = ^10⁻¹⁰ متر

السؤال: طول موجة الضوء (λ)

الجواب:

الإجابة الصحيحة هي ب.

8. يسقط شعاع من الضوء أحادي اللون بطول موجي 2,5.10 × 7⁻⁷ ^متر على محزز يتكون من 10.000 خدش/سم. ما هي زاوية الخط المضيء من الرتبة الثانية؟

أ. 30 ^درجة

ب. 37 ^درجة

ج. 45 ^درجة

د. 53 ^درجة

هـ. 60 ^درجة

مناقشة

من المعروف أن:

ثابت الشبكة (d) = 1 / (10.000 خط / سم) = 0,0001 سم = 1 × 10⁻⁴ ^سم = 1 × ^10⁻⁶ متر

الرتبة (ن) = 2

طول موجة الضوء (λ) = 2,5 × ^10⁻⁷ متر

المطلوب: الزاوية (θ)

الجواب:

الإجابة الصحيحة هي أ.

9. تداخل الشق المزدوج

يُسلط شعاع من الضوء الأصفر على شقين، مما يُسبب تشويشًا مرئيًا على الشاشة. من العبارة التالية:

(1) سيصبح الشريط الساطع أعرض إذا تم استبدال الضوء الأصفر بالضوء الأزرق

(2) سيصبح الشريط الساطع أعرض إذا تم تقليل المسافة بين الشقوق.

( 3) كلما ابتعدنا عن الضوء المركزي، قلت شدة الإضاءة.

(4) كلما ابتعدت عن الضوء المركزي، ظلت شدة الإضاءة ثابتة.

العبارة الصحيحة هي...

أ. (1) و (3) و (4)

ب. (1) و (3) فقط

ج. (1) و (4) فقط

د. (2) و (3) فقط

هـ. (2) و (4) فقط

مناقشة

المسافة بين الشقين أصغر من المسافة بينهما وبين الشاشة، لذا فإن الزاوية صغيرة جدًا. الزاوية صغيرة جدًا لدرجة أن قيمة sin θ قريبة من tan θ.

صيغة التداخل في الشق المزدوج (التداخل البنّاء)

المعلومات:

d = المسافة بين الشقوق، y = المسافة بين الخط المضيء رقم n والخط المضيء المركزي، l = المسافة بين الشاشة والشق، n = الرتبة، λ = الطول الموجي p للضوء.

(1) سيصبح الشريط الساطع أعرض إذا تم استبدال الضوء الأصفر بالضوء الأزرق

بناءً على هذه الصيغة، يتناسب عدد الخطوط المضيئة (n) عكسيًا مع الطول الموجي ( λ). فكلما كان الطول الموجي أقصر، كان عدد الخطوط المضيئة (n) أكبر. يتميز الضوء الأصفر بطول موجي أطول (تردد أقل) من الضوء الأزرق. فإذا استُبدل الضوء الأصفر بالضوء الأزرق، يصبح الطول الموجي أقصر، وبالتالي يزداد عدد الخطوط المضيئة (n).

هذا البيان صحيح.

(2) سيصبح الشريط الساطع أعرض إذا تم تقليل المسافة بين الشقوق.

استنادًا إلى الصيغة المذكورة أعلاه، فإن المسافة بين الشقين (d) تتناسب طرديًا مع عدد الخطوط المضيئة (n). فإذا قُلّصت المسافة بين الشقين، فإن عدد الخطوط المضيئة (n) سينخفض.

هذا الكلام خاطئ.

(3) كلما ابتعدنا عن الضوء المركزي، قلت شدة الإضاءة.

ترتبط شدة الإضاءة بمستوى السطوع. وتتناسب شدة الإضاءة عكسياً مع المسافة؛ فكلما زادت المسافة، قلت شدة الإضاءة (أي كلما خفت الضوء).

هذا البيان صحيح.

(4) كلما ابتعدنا عن الضوء المركزي، ظلت شدة الإضاءة ثابتة.

هذا الكلام خاطئ.

الإجابة الصحيحة هي ب.

10. يُوجَّه شعاع من الضوء أحادي اللون بطول موجي 5 × 10⁻⁷ ^متر عموديًا على المحزز. إذا كانت المسافة بين الشاشة والمحزز 2 متر، وظهر ضوء من الرتبة الثالثة على الشاشة على بُعد 150 سم من الضوء المركزي، فإن المسافة بين الشقين هي...

1. 4.10^-6 m
2. 3.10^-6 m
3. 2.10^-6 m
4. 3.10^-7 m
5. 2.10^-7 m

مناقشة

من المعروف أن:
الطول الموجي (λ) = 5 × 10^-7 متر
ل = 2 متر
ن = 3
ص = ١٥٠ سم = ١٫٥ متر
سأل: ثابت الشبكة
الجواب:

الخطيئة θ ≈ تان θ = y / l = 1,5 / 2 = 0,75 = 75 × 10 ^-2

المسافة بين الفجوات:
d sin θ = n λ
د (75.10^-2) = (3)(5.10^-7)
د (75.10^-2) = 15.10^-7
د = (15.10^-7) / (75.10^-2)
د = (15/75).10^-5
د = (1/5)(10)^-5أمتار
د = (0,2)(10)^-5أمتار
د = 2.10^-6 متر
الإجابة الصحيحة هي ج.

11. يسقط شعاع من الضوء أحادي اللون بطول موجي 500 نانومتر (1 نانو = 10⁻⁹ ⁾ عموديًا على محزز حيود . إذا شكل الضوء الرابع زاوية انحراف 30 ^درجة ، فإن عدد الخطوط لكل سنتيمتر من المحزز هو...

1. 3000
2. 2500
3. 1250
4. 1000
5. 250

مناقشة
من المعروف أن:
الطول الموجي (λ) = 500.10^-9 متر = 5.10^-7 متر
θ = 30^o
ن = 4
سأل: عدد الخطوط لكل سنتيمتر من الشبكة
الجواب:
المسافة بين الفجوات:
d sin θ = n λ
د (جا 30^o) = (4)(5.10^-7)
د (0,5) = 20.10^-7
د = (20.10^-7) / 0,5
د = 40.10^-7
د = 4.10^-6  متر

عدد الخطوط لكل سنتيمتر من الشبكة:
س = 1/4.10^-6  متر
س = 0,25.10⁶ خط / عداد
س = 0,25.10⁶ السطر / 10² cm
س = 0,25.10⁴ خط / سم
س = 25.10² خط / سم
س = 2500 خط / سم
الإجابة الصحيحة هي ب.

مصدر السؤال:

أسئلة الأمم المتحدة للفيزياء 2015/2016 SMA/MA