Exemples de preguntes i fórmules per a ones de llum en òptica física
Característiques de la llum
1. La llum és una ona electromagnètica, per tant, llum….
A. No experimenta reflexió
B. No experimenta refracció
C. No requereix un medi de propagació
D. No transporta energia en la seva propagació
Discussió
La llum és una ona, per tant, pateix reflexió, refracció i transporta energia durant la seva propagació, igual que altres ones. La llum és una ona electromagnètica, per tant no requereix un medi per propagar-se.
La resposta correcta és C.
2. Presteu atenció a l'afirmació següent:
1. La llum es mou en línia recta
2. La llum és una ona electromagnètica
3. La llum pot ser absorbida
4. La llum porta una càrrega elèctrica
L'afirmació correcta sobre les propietats de la llum és...
A. només l'afirmació 1
B. afirmacions 1 i 2
C. afirmacions 1, 2 i 3
D. totes les afirmacions són certes
Discussió
1. La llum es mou en línia recta.
Aquesta afirmació és certa perquè, tot i que la llum es mou com una ona transversal, el camí de la llum és una línia recta. En el tema de l'òptica geomètrica (reflexió i refracció de la llum), la llum es representa com un raig el camí del qual és una línia recta.
2. La llum és una ona electromagnètica:
Aquesta afirmació és certa perquè la llum és una ona electromagnètica, on la propagació de la llum no requereix un medi.
3. La llum pot ser absorbida:
Aquesta afirmació és certa. La llum és un tipus d'ona electromagnètica. Totes les ones, tant mecàniques com electromagnètiques, transporten energia mentre viatgen d'un lloc a un altre. Per tant, part de l'energia de la llum pot ser absorbida pel medi a través del qual passa. Per exemple, quan la llum viatja cap a un mirall pla, la major part de la llum es reflecteix, però una petita part és absorbida pel mirall.
4. La llum porta una càrrega elèctrica:
Aquesta afirmació és falsa. La llum és una ona electromagnètica, i les ones electromagnètiques es produeixen per camps elèctrics i magnètics oscil·lants. Les ones electromagnètiques s'emeten per càrregues elèctriques accelerades.
La resposta correcta és C.
Reflexió perfecta
3. La imatge de la dreta mostra una pedra de joieria de diamant que és molt cara perquè la llum reflectida pel diamant és molt brillant. Aquest fenomen és causat per...
A. refracció perfecta on la llum entra d'un medi menys dens a un medi més dens
B. refracció perfecta on l'angle d'incidència és més petit que l'angle límit
C. reflexió perfecta on la llum prové d'un medi menys dens a un medi més dens
D. reflexió perfecta on l'angle d'incidència és més gran que l'angle límit
Discussió
La llum d'un diamant sembla brillar a causa de la dispersió de la llum i la reflexió perfecta. La reflexió perfecta es produeix quan la llum es mou d'un medi amb un índex de refracció més alt a un amb un índex de refracció més baix. Per exemple, la llum es mou del diamant (amb un índex de refracció més alt) a l'aire (amb un índex de refracció més baix). Per entendre-ho millor, examineu la imatge següent.
Quan la llum es mou d'un medi amb un índex de refracció gran a un medi amb un índex de refracció petit, la llum es desvia de la normal. Si l'angle d'incidència (i) és més gran, aleshores l'angle de refracció (r) és més gran. A un cert angle d'incidència, l'angle de refracció és de 90°. L'angle d'incidència quan l'angle de refracció és de 90° s'anomena angle crític (θk) o angle límit. Si l'angle d'incidència és més gran que l'angle crític o l'angle límit, aleshores no es refracta la llum; tota la llum es reflecteix.
La resposta correcta és D.
4. Preguntes de l'Olimpíada Nacional de Ciències 2011 per a escoles de secundària de primer cicle a nivell de Regency/City núm. 39
El següent fenomen, que és un símptoma de reflexió perfecta, és...
A. arc de Sant Martí
B. miratge
C. llac de colors
D. astigmatisme
Discussió
Un miratge s'anomena fenomen de reflexió perfecta perquè en aquest procés, cap llum procedent de l'aire es refracta per la superfície de la carretera, sinó que sembla com si tota la llum es reflectís per la superfície de la carretera. Els miratges es produeixen perquè la llum viatja a través de capes d'aire que tenen diferents índexs de refracció a causa de les diferents densitats d'aquestes capes d'aire. En realitat, la llum no es reflecteix per la superfície de la carretera, sinó que es refracta (es desvia) per capes d'aire que tenen diferents índexs de refracció.
La resposta correcta és B.
5. Preguntes de l'Olimpíada Nacional de Ciències 2010 per a escoles de secundària de primer cicle a nivell de Regency/City núm. 30
La visió d'una taca d'oli a la superfície d'una carretera asfaltada en un dia calorós és essencialment un esdeveniment de reflexió total perquè...
A. L'índex de refracció de les capes superiors d'aire és més gran que el de les capes inferiors.
B. L'índex de refracció de les capes superiors d'aire és més petit que el de les capes inferiors.
C. Les gotes d'aigua reflecteixen diferents colors en diferents angles de reflexió.
D. Les gotes d'aigua refracten diferents colors en diferents angles de refracció.
Discussió
Una escena com una taca d'oli en una carretera d'asfalt en un dia calorós és un exemple de miratge. Els miratges es produeixen a causa de la diferència d'índex de refracció entre la capa d'aire propera a la carretera i la capa d'aire que hi ha a sobre.
En un dia calorós, la superfície de la carretera escalfa l'aire que hi ha just a sobre, fent que la capa d'aire que hi ha just a sobre sigui més calenta que la capa d'aire que hi ha més amunt. La capa d'aire més calenta experimenta una major expansió de volum, cosa que la fa menys densa (menor densitat). Per contra, la capa d'aire menys calenta que hi ha a sobre experimenta menys expansió de volum, cosa que la fa més densa (major densitat). Per tant, la capa d'aire inferior és menys densa, mentre que la capa d'aire superior és més densa.
Com que la capa d'aire a la part inferior (més a prop de la superfície de la carretera) és menys densa, la llum es mou més ràpid quan la travessa, mentre que la capa d'aire a la part superior és més densa, de manera que la llum es mou més lentament quan la travessa.
La fórmula de l'índex de refracció és: n = c / v, on n és l'índex de refracció, c = velocitat de la llum en el buit = constant = 3 x 108 m/s, v = velocitat de la llum en el medi. Segons aquesta fórmula, c es fixa de manera que si v augmenta, n disminueix i viceversa si v disminueix, n augmenta.
La llum es mou més ràpid a la capa d'aire inferior (v gran), de manera que la capa d'aire inferior té un índex de refracció més petit (n petita), mentre que la llum es mou més lentament a la capa d'aire superior (v petita), de manera que la capa d'aire superior té un índex de refracció més gran (n gran).
La resposta correcta és A.
índex de refracció
6. Un feix de llum visible té una longitud d'ona de 510 nm a l'aire. Si el feix de llum entra en un medi amb un índex de refracció d'1,5, la seva longitud d'ona canvia a...
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Discussió
Se sap que:
Longitud d'ona (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 metre
Índex de refracció (n) = 1,5
Pregunta: La longitud d'ona (λ) canvia a….
Resposta:
La longitud d'ona (λ) canvia a 340 nanòmetres.
La resposta correcta és C.
7. Es veu un peix al fons marí d'una bassa d'aigua clara, la profunditat de la bassa és de 2 metres, l'índex de refracció de la bassa és de 4/3. Si el peix es veu gairebé perpendicular a la superfície de la bassa, a quina distància sembla que es troba de la superfície de la bassa?
A. 1 metre de la superfície de la piscina
B. 1,5 metres de la superfície de la piscina
C. A 2 metres de la superfície de la piscina
D. 2,67 metres des de la superfície de la piscina
Discussió
Se sap que:
Índex de refracció de la piscina = 4/3
Profunditat de la piscina = 2 metres
Pregunta: A quina distància es poden veure els peixos de la superfície de l'estany?
Resposta:
Distància aparent = 1 : n (distància real)
Distància aparent = 1 : 4/3 (2 metres)
Distància aparent = 1 x 3/4 (2 metres)
Distància aparent = 3/4 (2 metres)
Distància aparent = 6/4
Distància aparent = 1,5 metres
La distància del peix visible des de la superfície de l'estany = 1,5 metres
La resposta correcta és B.
8. La llum es pot transmetre en un canal l'índex de refracció del qual respecte a l'entorn és...
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Discussió
Índex de refracció del buit = 1,0000
L'índex de refracció d'un medi és més gran que l'índex de refracció del buit.
La resposta correcta és A.
Dispersió de la llum
9. L'angle de dispersió és l'angle entre dos colors de llum monocromàtica que es produeix en cas de...
A. polarització de la llum
B. absorció de llum
C. dispersió de la llum
D. difracció de la llum
Discussió
La llum monocromàtica és la llum que té un sol color o longitud d'ona. La llum blanca, com la llum solar, és una combinació de tots els colors, cadascun amb una longitud d'ona o freqüència diferent. La descomposició de la llum blanca en l'espectre visible (vermell, taronja, groc, verd, blau, indi i violeta) s'anomena dispersió de la llum.
La dispersió de la llum es pot aconseguir mitjançant prismes, gotes d'aigua o altres objectes. Els arcs de Sant Martí són un exemple de dispersió de la llum a la vida quotidiana, on la llum solar és dispersada per les gotes de pluja.
La resposta correcta és C.
10. Preguntes de l'Olimpíada Nacional de Ciències 2011 per a escoles de secundària de primer cicle a nivell de Regency/City núm. 60
Un arc de Sant Martí apareix com una cinta de colors amb forma de cercle parcial. L'ordre correcte dels quatre colors de l'arc de Sant Martí a continuació, del radi més petit al més gran, és...
A. vermell, taronja, groc, verd
B. blau, morat, verd, groc
C. verd, blau, indi, violeta
D. indi, blau, verd, groc
Discussió
L'ordre dels colors de l'arc de Sant Martí és vermell, taronja, groc, verd, blau, anyil i porpra.
La llum vermella té la longitud d'ona més llarga, mentre que la llum violeta té la més curta. La desviació de cada color de llum depèn de la seva longitud d'ona.
Quan les gotes de pluja dispersen la llum solar blanca, la llum amb longituds d'ona més llargues es desvia menys, mentre que la llum amb longituds d'ona més curtes es desvia més. La llum vermella es desvia menys perquè la seva longitud d'ona és més llarga, mentre que la llum violeta es desvia més perquè la seva longitud d'ona és més curta, tal com es mostra al diagrama següent. Així, l'ull de l'observador veu la llum vermella a la part superior i la llum violeta a la part inferior.
Tots els colors de la llum de l'arc de Sant Martí tenen una forma parcialment circular, on el cercle de llum vermell es troba a la part superior, de manera que té el radi més gran, mentre que el cercle de llum porpra es troba a la part inferior, de manera que té el radi més petit.
L'ordre dels colors de la llum, del radi més gran al radi més petit, és vermell, taronja, groc, verd, blau, anyil i porpra.
La resposta correcta és D.
11. Els colors clars de la capa d'oli a la superfície de l'aigua es produeixen a causa de l'esdeveniment...
A. interferència
B. polarització
C. dispersi
D. difracció
Discussió
La resposta correcta és C.
