Eksempelspørgsmål til diskussion om synligt lys
Pendahuluan
Synligt lys er den del af det elektromagnetiske spektrum, der er synlig for det menneskelige øje. Bølgelængdeområdet for synligt lys er cirka 380 til 740 nanometer. Dette lys består af forskellige farver, der kan adskilles ved refraktion eller diffraktion. Dette fænomen studeres ofte i fysik, især i kapitlet om optik.
Lys er en form for energi, der er essentiel i hverdagen, og et centralt emne i forskellige fysikproblemer. I denne artikel vil vi diskutere flere eksempelproblemer og hvordan man løser dem relateret til synligt lys.
Eksempel på løn og kompensation
Spørgsmål 1: Hvidt lysspektrum
Et glasprisme bruges til at adskille en stråle af hvidt lys i dens komponentfarver. Angiv farvespektret, der er et resultat af brydningen af hvidt lys gennem prismet, fra korteste til længste bølgelængde.
Diskussion:
Hvidt lys er sammensat af forskellige farver med forskellige bølgelængder. Når hvidt lys sendes gennem et prisme, bøjes hver farvekomponent i en forskellig vinkel afhængigt af dens bølgelængde. Rækkefølgen af farver fra korteste til længste bølgelængde er:
1. Lilla
2. Blå
3. Grøn
4. Gul
5. Appelsin
6. Rød
Lilla har den korteste bølgelængde (~380 nm) og afbøjes mest, mens rød har den længste bølgelængde (~700 nm) og afbøjes mindst.
Spørgsmål 2: Brydningsindeks
Et monokromatisk lys med en bølgelængde på 600 nm befinder sig i et medium af vand med et brydningsindeks på n. Lyset trænger ind i et andet medium, nemlig glas med et brydningsindeks på 1,5. Beregn brydningsvinklen, hvis indfaldsvinklen i vandet er 30 grader. Vandets brydningsindeks er 1,33.
Diskussion:
Brug Snells lov, som siger at:
[n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2]
Givet:
– Brydningsindeks for vand, \(n_1 = 1,33 \)
– Brydningsindeks for glas, \(n_2 = 1,5 \)
– Indfaldsvinkel i vand, (theta₁ = 30°C)
Så:
\[ 1,33 \sin 30^\circ = 1,5 \sin \theta_2 \]
Da \(sin 30^\circ = 0,5\), indsæt følgende i ligningen:
[1,33 × 0,5 = 1,5 sin θ²]
\[ 0,665 = 1,5 \sin \theta_2 \]
[sin \theta_2 = \frac{0,665}{1,5}]
[sin θ² = 0,4433]
Find brydningsvinklen \( \theta_² \):
[θ⁻² = sin⁻¹ (0,4433) = ca. 26,4 cirkulært]
Så brydningsvinklen i glasset \( \theta_2 \) er omkring 26,4 grader.
Spørgsmål 3: Lysinterferens
To smalle parallelle spalter, adskilt af en afstand \(d = 0,1\) mm, belyses af en monokromatisk lysstråle med en bølgelængde på \(\lambda = 500\) nm. Lysstrålen producerer et interferensmønster på en skærm 2 m fra spalterne. Beregn afstanden mellem to på hinanden følgende lyse bånd på skærmen.
Diskussion:
Brug ligningen for afstanden mellem to på hinanden følgende lyse bånd i et interferensmønster med to spalteåbninger:
\[ \Delta y = \frac{\lambda L}{d} \]
Givet:
– Lysets bølgelængde, \( \lambda = 500 \times 10^{-9} \) meter
– Afstand fra spalte til skærm, \(L = 2 \) meter
– Afstanden mellem de to spalter, (d = 0,1 x 10-3) meter
Erstat disse værdier:
[Δy = 500 × 10⁻⁹ m × 2 m/0,1 × 10⁻⁹ m]
[Δy = 1000 × 10⁻⁹ m/0,1 × 10⁻⁹ m]
[Δy = 1000 gange 10⁻⁶/10⁻⁴]
\[ \Δy = 10^{-5 + 4} \]
\[ \Δy = 10^{-1} \]
\[ Δy = 0,01 \text{ m} \]
Så afstanden mellem to på hinanden følgende lyse bånd på skærmen er 0,01 meter eller 1 cm.
Spørgsmål 4: Lysdiffraktion
Lys med en bølgelængde på Δ = 600 nm passerer gennem en enkelt spalte med en bredde på Δ = 0,02 mm. Det resulterende diffraktionsmønster optages på en skærm 3 meter fra spalten. Beregn bredden af det første mørke bånd fra midten af diffraktionsmønsteret.
Diskussion:
Brug ligningen for bredden af det første mørke bånd (enkeltspalte-diffraktionsmønster):
[y = \frac{m \lambda L}{a} \]
For det første mørke bånd, \(m = 1 \):
[y = \frac{1 \times 600 \times 10^{-9} \times{m} \times 3 \times{m}}{0,02 \times 10^{-3} \times{m}}]
Substitution af værdier:
[y = 600 × 10⁻⁹ m × 3 m/0,02 × 10⁻⁹ m]
[y = 1800 × 10⁻⁹ m/0,02 × 10⁻⁹ m]
[y = 1800/0,02 × 10⁻⁶ m]
[y = 1800/0,02 × 10⁻⁶ m]
[y = 90000 × 10⁻⁶ m]
\[ y = 0,09 \tekst{ m} \]
Så bredden af det første mørke bånd fra midten af diffraktionsmønsteret er 0,09 meter eller 9 cm.
Konklusion
Synligt lys er det område af det elektromagnetiske spektrum, der kan observeres af det menneskelige øje, og det er afgørende for optiske fænomener som refraktion, interferens og diffraktion. Det er afgørende for studerende og forskere at forstå de grundlæggende koncepter og være i stand til at løse problemer, der involverer disse fænomener. I denne artikel har vi gennemgået adskillige eksempelproblemer med forklaringer, der kan hjælpe os med at forstå, hvordan synligt lys interagerer med et medium og producerer forskellige optiske fænomener. Med en bedre forståelse kan vi udforske yderligere anvendelser af synligt lys inden for videnskab og teknologi.
