Примерни въпроси за дискусия за видимата светлина
Пендахулуан
Видимата светлина е частта от електромагнитния спектър, видима за човешкото око. Диапазонът на дължината на вълната на видимата светлина е приблизително от 380 до 740 нанометра. Тази светлина се състои от различни цветове, които могат да бъдат разделени чрез пречупване или дифракция. Това явление често се изучава във физиката, особено в главата за оптиката.
Светлината е форма на енергия, която е от съществено значение за ежедневието и е ключова тема в различни физични задачи. В тази статия ще обсъдим няколко примерни задачи и как да ги решим, свързани с видимата светлина.
Контох Соал и Пембахасан
Въпрос 1: Спектър на бялата светлина
Стъклена призма се използва за разделяне на лъч бяла светлина на съставните му цветове. Избройте цветовия спектър, получен от пречупването на бялата светлина през призмата, от най-късата до най-дългата дължина на вълната.
Дискусия:
Бялата светлина е съставена от различни цветове с различна дължина на вълната. Когато бялата светлина преминава през призма, всеки цветен компонент се огъва под различен ъгъл в зависимост от дължината на вълната си. Редът на цветовете от най-късата до най-дългата дължина на вълната е:
1. Лилаво
2. Синьо
3. Зелено
4. Жълто
5. Оранжево
6. Червено
Лилавото има най-късата дължина на вълната (~380 nm) и се отклонява най-много, докато червеното има най-дългата дължина на вълната (~700 nm) и се отклонява най-малко.
Въпрос 2: Индекс на пречупване
Монохроматична светлина с дължина на вълната 600 nm се намира в среда от вода с коефициент на пречупване \(n\). Светлината навлиза във втора среда, а именно стъкло с коефициент на пречупване 1,5. Изчислете ъгъла на пречупване, ако ъгълът на падане във водата е 30 градуса. Коефициентът на пречупване на водата е 1,33.
Дискусия:
Използвайте закона на Снел, който гласи, че:
\[n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2 \]
Дадено:
– Коефициент на пречупване на водата, \(n_1 = 1,33 \)
– Коефициент на пречупване на стъклото, \(n_2 = 1,5 \)
– Ъгъл на падане във вода, \( \theta_1 = 30^\circ \)
И така:
\[ 1,33 \sin 30^\circ = 1,5 \sin \theta_2 \]
Тъй като \(\sin 30^\circ = 0,5\), заместваме в уравнението:
\[1,33 умножено по 0,5 = 1,5 \sin \theta_2 \]
\[0,665 = 1,5 \sin \theta_2 \]
\[ \sin \theta_2 = \frac{0,665}{1,5} \]
\[ \sin \theta_2 = 0,4433 \]
Намерете ъгъла на пречупване \( \theta_2 \):
\[ \theta_2 = \sin^{-1}(0,4433) \приблизително 26,4^\circ \]
Така ъгълът на пречупване в стъклото (θ²) е около 26,4 градуса.
Въпрос 3: Светлинна интерференция
Два тесни успоредни процепа, разделени от разстояние (d = 0,1) mm, са осветени от лъч монохроматична светлина с дължина на вълната (λ = 500) nm. Светлинният лъч създава интерферентен модел на екран, разположен на 2 m от процепите. Изчислете разстоянието между две последователни ярки ленти на екрана.
Дискусия:
Използвайте уравнението за разстоянието между две последователни ярки ленти в интерферентен модел с два процепа:
\[ \Delta y = \frac{\lambda L}{d} \]
Дадено:
– Дължина на вълната на светлината, \( \lambda = 500 \times 10^{-9} \) метра
– Разстояние от процепа до екрана, \( L = 2 \) метра
– Разстоянието между двата процепа, \( d = 0,1 \times 10^{-3} \) метра
Заменете тези стойности:
\[ \Delta y = \frac{500 \times 10^{-9} \text{ m} \times 2 \text{ m}}{0,1 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ \Delta y = \frac{1000 \times 10^{-9} \text{ m}}{0,1 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ \Delta y = \frac{1000 \times 10^{-9}}{10^{-4}} \]
\[ \Делта у = 10^{-5 + 4} \]
\[ \Delta y = 10^{-1} \]
\[ \Delta y = 0,01 \text{ m} \]
Така че, разстоянието между две последователни ярки ленти на екрана е 0,01 метра или 1 см.
Въпрос 4: Дифракция на светлината
Светлина с дължина на вълната (λ = 600 nm) преминава през един процеп с ширина (a = 0,02 mm). Получената дифракционна картина се заснема на екран, разположен на 3 метра от процепа. Изчислете ширината на първата тъмна лента от центъра на дифракционната картина.
Дискусия:
Използвайте уравнението за ширината на първата тъмна лента (дифракционна картина с единичен процеп):
\[ y = \frac{m \lambda L}{a} \]
За първата тъмна лента, (m = 1):
\[ y = \frac{1 \times 600 \times 10^{-9} \text{ m} \times 3 \text{ m}}{0,02 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
Заместване на стойности:
\[ y = \frac{600 \times 10^{-9} \text{ m} \times 3 \text{ m}}{0,02 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[y = \frac{1800 \times 10^{-9} \text{ m}}{0,02 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[y = \frac{1800}{0,02} \times 10^{-6} \text{ m} \]
\[y = \frac{1800}{0,02} \times 10^{-6} \text{ m} \]
\[y = 90000 \times 10^{-6} \text{ m} \]
\[y = 0,09 \text{m} \]
Така че, ширината на първата тъмна лента от центъра на дифракционната картина е 0,09 метра или 9 см.
Заключение
Видимата светлина е областта от електромагнитния спектър, наблюдавана от човешкото око, и е от решаващо значение за оптични явления като пречупване, интерференция и дифракция. Разбирането на основните понятия и способността за решаване на проблеми, свързани с тези явления, е от решаващо значение за студентите и изследователите. В тази статия разгледахме няколко примерни задачи, допълнени с обяснения, които ще ни помогнат да разберем как видимата светлина взаимодейства със среда и произвежда различни оптични явления. С по-добро разбиране можем да проучим по-нататъшни приложения на видимата светлина в науката и технологиите.
