Παραδείγματα ερωτήσεων και τύπων για φωτεινά κύματα στη φυσική οπτική
Χαρακτηριστικά του φωτός
1. Το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα, επομένως φως….
Α. Δεν βιώνει στοχασμό
Β. Δεν παρουσιάζει διάθλαση
Γ. Δεν απαιτεί μέσο διάδοσης
Δ. Δεν μεταφέρει ενέργεια κατά τη διάδοσή του
Συζήτηση
Το φως είναι κύμα, επομένως, υφίσταται ανάκλαση, διάθλαση και μεταφέρει ενέργεια κατά τη διάδοσή του, όπως ακριβώς και άλλα κύματα. Το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα, επομένως δεν απαιτεί μέσο για τη διάδοσή του.
Η σωστή απάντηση είναι η Γ.
2. Δώστε προσοχή στην ακόλουθη δήλωση:
1. Το φως κινείται σε ευθεία γραμμή
2. Το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα
3. Το φως μπορεί να απορροφηθεί
4. Το φως φέρει ηλεκτρικό φορτίο
Η σωστή πρόταση σχετικά με τις ιδιότητες του φωτός είναι...
Α. μόνο η πρόταση 1
Β. δηλώσεις 1 και 2
Γ. δηλώσεις 1, 2 και 3
Δ. Όλες οι δηλώσεις είναι αληθείς
Συζήτηση
1. Το φως κινείται σε ευθεία γραμμή.
Αυτή η δήλωση είναι αληθής επειδή, παρόλο που το φως κινείται σαν εγκάρσιο κύμα, η τροχιά του φωτός είναι μια ευθεία γραμμή. Στο θέμα της γεωμετρικής οπτικής (ανάκλαση και διάθλαση του φωτός), το φως απεικονίζεται ως ακτίνα της οποίας η τροχιά κίνησης είναι μια ευθεία γραμμή.
2. Το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα:
Αυτή η δήλωση είναι αληθής επειδή το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, όπου η διάδοσή του δεν απαιτεί μέσο.
3. Το φως μπορεί να απορροφηθεί:
Αυτή η δήλωση είναι αληθής. Το φως είναι ένας τύπος ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Όλα τα κύματα, τόσο τα μηχανικά όσο και τα ηλεκτρομαγνητικά, μεταφέρουν ενέργεια καθώς ταξιδεύουν από τη μία θέση στην άλλη. Επομένως, ένα μέρος της ενέργειας του φωτός μπορεί να απορροφηθεί από το μέσο από το οποίο διέρχεται. Για παράδειγμα, όταν το φως ταξιδεύει προς ένα επίπεδο κάτοπτρο, το μεγαλύτερο μέρος του φωτός ανακλάται, αλλά ένα μικρό μέρος απορροφάται από τον καθρέφτη.
4. Το φως φέρει ηλεκτρικό φορτίο:
Αυτή η δήλωση είναι ψευδής. Το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα παράγονται από ταλαντούμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα εκπέμπονται από επιταχυνόμενα ηλεκτρικά φορτία.
Η σωστή απάντηση είναι η Γ.
Τέλεια αντανάκλαση
3. Η εικόνα στα δεξιά δείχνει μια πέτρα κοσμήματος με διαμάντια που είναι πολύ ακριβή επειδή το φως που αντανακλάται από το διαμάντι είναι τόσο λαμπερό. Αυτό το φαινόμενο προκαλείται από…
Α. τέλεια διάθλαση όπου το φως εισέρχεται από ένα λιγότερο πυκνό μέσο σε ένα πυκνότερο μέσο
Β. τέλεια διάθλαση όπου η γωνία πρόσπτωσης είναι μικρότερη από τη γωνία ορίου
Γ. τέλεια ανάκλαση όπου το φως προέρχεται από ένα λιγότερο πυκνό μέσο σε ένα πυκνότερο μέσο
Δ. τέλεια ανάκλαση όπου η γωνία πρόσπτωσης είναι μεγαλύτερη από τη γωνία ορίου
Συζήτηση
Το φως από ένα διαμάντι φαίνεται να λαμπυρίζει λόγω της διασποράς του φωτός και της τέλειας ανάκλασης. Τέλεια ανάκλαση συμβαίνει όταν το φως μετακινείται από ένα μέσο με υψηλότερο δείκτη διάθλασης σε ένα με χαμηλότερο δείκτη διάθλασης. Για παράδειγμα, το φως μετακινείται από το διαμάντι (με υψηλότερο δείκτη διάθλασης) στον αέρα (με χαμηλότερο δείκτη διάθλασης). Για να το κατανοήσετε καλύτερα, εξετάστε την παρακάτω εικόνα.
Όταν το φως μετακινείται από ένα μέσο με μεγάλο δείκτη διάθλασης σε ένα μέσο με μικρό δείκτη διάθλασης, το φως κάμπτεται μακριά από την κάθετο. Εάν η γωνία πρόσπτωσης (i) είναι μεγαλύτερη, τότε η γωνία διάθλασης (r) είναι μεγαλύτερη. Σε μια ορισμένη γωνία πρόσπτωσης, η γωνία διάθλασης είναι 90°. Η γωνία πρόσπτωσης όταν η γωνία διάθλασης είναι 90° ονομάζεται κρίσιμη γωνία (θk) ή οριακή γωνία. Εάν η γωνία πρόσπτωσης είναι μεγαλύτερη από την κρίσιμη γωνία ή την οριακή γωνία, τότε κανένα φως δεν διαθλάται. Όλο το φως ανακλάται.
Η σωστή απάντηση είναι το Δ.
4. Ερωτήσεις Εθνικής Ολυμπιάδας Φυσικών Επιστημών 2011 για Γυμνάσια σε Επίπεδο Αντιβασιλείας/Πόλης Αρ. 39
Το ακόλουθο φαινόμενο, το οποίο είναι σύμπτωμα τέλειας αντανάκλασης, είναι…
Α. ουράνιο τόξο
Β. αντικατοπτρισμός
Γ. χρωματιστή λίμνη
Δ. αστιγματισμός
Συζήτηση
Ένα αντικατοπτρισμό ονομάζεται φαινόμενο τέλειας ανάκλασης επειδή σε αυτή τη διαδικασία, κανένα φως που προέρχεται από τον αέρα δεν διαθλάται από την επιφάνεια του οδοστρώματος, αλλά φαίνεται σαν όλο το φως να ανακλάται από την επιφάνεια του οδοστρώματος. Οι αντικατοπτρισμοί εμφανίζονται επειδή το φως ταξιδεύει μέσα από στρώματα αέρα που έχουν διαφορετικούς δείκτες διάθλασης λόγω των διαφορετικών πυκνοτήτων αυτών των στρωμάτων αέρα. Στην πραγματικότητα, το φως δεν ανακλάται από την επιφάνεια του οδοστρώματος, αλλά διαθλάται (κάμπτεται) από στρώματα αέρα που έχουν διαφορετικούς δείκτες διάθλασης.
Η σωστή απάντηση είναι η Β.
5. Ερωτήσεις Εθνικής Ολυμπιάδας Φυσικών Επιστημών 2010 για Γυμνάσια σε Επίπεδο Αντιβασιλείας/Πόλης Αρ. 30
Η θέα μιας πετρελαιοκηλίδας στην επιφάνεια ενός ασφαλτοστρωμένου δρόμου μια ζεστή μέρα είναι ουσιαστικά ένα γεγονός πλήρους αντανάκλασης επειδή…
Α. Ο δείκτης διάθλασης των ανώτερων στρωμάτων του αέρα είναι μεγαλύτερος από αυτόν των κατώτερων στρωμάτων.
Β. Ο δείκτης διάθλασης των ανώτερων στρωμάτων του αέρα είναι μικρότερος από ό,τι των κατώτερων στρωμάτων.
Γ. Οι σταγόνες νερού αντανακλούν διαφορετικά χρώματα σε διαφορετικές γωνίες ανάκλασης.
Δ. Οι σταγόνες νερού διαθλούν διαφορετικά χρώματα σε διαφορετικές γωνίες διάθλασης.
Συζήτηση
Ένα παράδειγμα αντικατοπτρισμού είναι μια σκηνή όπως μια πετρελαιοκηλίδα σε έναν ασφαλτοστρωμένο δρόμο μια ζεστή μέρα. Οι αντικατοπτρισμοί εμφανίζονται λόγω της διαφοράς στον δείκτη διάθλασης μεταξύ του στρώματος αέρα κοντά στον δρόμο και του στρώματος αέρα από πάνω του.
Σε μια ζεστή μέρα, η επιφάνεια του οδοστρώματος θερμαίνει τον αέρα ακριβώς από πάνω της, καθιστώντας το στρώμα αέρα ακριβώς πάνω από την επιφάνεια του οδοστρώματος θερμότερο από το στρώμα αέρα πιο ανάντη. Το θερμότερο στρώμα αέρα υφίσταται μεγαλύτερη διαστολή όγκου, καθιστώντας το λιγότερο πυκνό (χαμηλότερη πυκνότητα). Αντίθετα, το λιγότερο θερμό στρώμα αέρα από πάνω του υφίσταται μικρότερη διαστολή όγκου, καθιστώντας το πυκνότερο (υψηλότερη πυκνότητα). Έτσι, το κάτω στρώμα αέρα είναι λιγότερο πυκνό, ενώ το ανώτερο στρώμα αέρα είναι πυκνότερο.
Επειδή το στρώμα αέρα στο κάτω μέρος (πιο κοντά στην επιφάνεια του δρόμου) είναι λιγότερο πυκνό, το φως κινείται πιο γρήγορα όταν διέρχεται από αυτό, ενώ το στρώμα αέρα στην κορυφή είναι πυκνότερο, επομένως το φως κινείται πιο αργά όταν διέρχεται από αυτό.
Ο τύπος για τον δείκτη διάθλασης είναι: n = c / v, όπου n είναι ο δείκτης διάθλασης, c = ταχύτητα φωτός στο κενό = σταθερά = 3 x 108 m/s, v = ταχύτητα φωτός στο μέσο. Με βάση αυτόν τον τύπο, το c είναι σταθερό έτσι ώστε αν το v μεγαλώσει τότε το n μικραίνει και αντίστροφα αν το v μειωθεί τότε το n μεγαλώνει.
Το φως κινείται ταχύτερα στο κατώτερο στρώμα αέρα (μεγάλο v), έτσι ώστε το κατώτερο στρώμα αέρα να έχει μικρότερο δείκτη διάθλασης (μικρό n), ενώ το φως κινείται πιο αργά στο ανώτερο στρώμα αέρα (μικρό v), έτσι ώστε το ανώτερο στρώμα αέρα να έχει μεγαλύτερο δείκτη διάθλασης (μεγάλο n).
Η σωστή απάντηση είναι το Α.
δείκτης διάθλασης
6. Μια δέσμη ορατού φωτός έχει μήκος κύματος 510 nm στον αέρα. Εάν η δέσμη φωτός εισέλθει σε ένα μέσο με δείκτη διάθλασης 1,5, το μήκος κύματός της αλλάζει σε….
Α. 680 nm
Β. 510 nm
Γ. 340 nm
Δ. 170 nm
Συζήτηση
Είναι γνωστό ότι:
Μήκος κύματος (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 μετρητής
Δείκτης διάθλασης (n) = 1,5
Ερώτηση: Το μήκος κύματος (λ) αλλάζει σε….
Απάντηση:
Το μήκος κύματος (λ) αλλάζει σε 340 νανόμετρα.
Η σωστή απάντηση είναι η Γ.
7. Ένα ψάρι φαίνεται στον πυθμένα μιας καθαρής λίμνης, το βάθος της πισίνας είναι 2 μέτρα, ο δείκτης διάθλασης της πισίνας είναι 4/3. Αν το ψάρι φαίνεται σχεδόν κάθετα στην επιφάνεια της πισίνας, σε ποια απόσταση φαίνεται το ψάρι από την επιφάνεια της πισίνας;
Α. 1 μέτρο από την επιφάνεια της πισίνας
Β. 1,5 μέτρα από την επιφάνεια της πισίνας
Γ. 2 μέτρα από την επιφάνεια της πισίνας
Δ. 2,67 μέτρα από την επιφάνεια της πισίνας
Συζήτηση
Είναι γνωστό ότι:
Δείκτης διάθλασης της δεξαμενής = 4/3
Βάθος πισίνας = 2 μέτρα
Ερώτηση: Πόσο μακριά μπορούν να φαίνονται τα ψάρια από την επιφάνεια της λίμνης;
Απάντηση:
Φαινόμενη απόσταση = 1 : n (πραγματική απόσταση)
Φαινόμενη απόσταση = 1 : 4/3 (2 μέτρα)
Φαινομενική απόσταση = 1 x 3/4 (2 μέτρα)
Φαινόμενη απόσταση = 3/4 (2 μέτρα)
Φαινόμενη απόσταση = 6/4
Φαινομενική απόσταση = 1,5 μέτρα
Η απόσταση των ψαριών που είναι ορατή από την επιφάνεια της λίμνης = 1,5 μέτρα
Η σωστή απάντηση είναι η Β.
8. Το φως μπορεί να διαδοθεί σε ένα κανάλι του οποίου ο δείκτης διάθλασης σε σχέση με το περιβάλλον είναι….
Α. > 1
Β. = 1
Γ. < 1
Δ. = 0
Συζήτηση
Δείκτης διάθλασης κενού = 1,0000
Ο δείκτης διάθλασης ενός μέσου είναι μεγαλύτερος από τον δείκτη διάθλασης ενός κενού.
Η σωστή απάντηση είναι το Α.
Διασπορά του φωτός
9. Η γωνία διασποράς είναι η γωνία μεταξύ δύο χρωμάτων μονοχρωματικού φωτός που εμφανίζεται σε περίπτωση….
Α. πόλωση του φωτός
Β. απορρόφηση φωτός
Γ. διασπορά φωτός
Δ. περίθλαση φωτός
Συζήτηση
Το μονοχρωματικό φως είναι το φως που έχει ένα μόνο χρώμα ή μήκος κύματος. Το λευκό φως, όπως και το ηλιακό φως, είναι ένας συνδυασμός όλων των χρωμάτων, καθένα με διαφορετικό μήκος κύματος ή συχνότητα. Η ανάλυση του λευκού φωτός στο ορατό φάσμα (κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, ινδικό και βιολετί) ονομάζεται διασπορά φωτός.
Η διασπορά του φωτός μπορεί να επιτευχθεί με πρίσματα, σταγόνες νερού ή άλλα αντικείμενα. Τα ουράνια τόξα αποτελούν παράδειγμα διασποράς φωτός στην καθημερινή ζωή, όπου το ηλιακό φως διασκορπίζεται από σταγόνες βροχής.
Η σωστή απάντηση είναι η Γ.
10. Ερωτήσεις Εθνικής Ολυμπιάδας Φυσικών Επιστημών 2011 για Γυμνάσια σε Επίπεδο Αντιβασιλείας/Πόλης Αρ. 60
Ένα ουράνιο τόξο εμφανίζεται ως μια πολύχρωμη κορδέλα σε σχήμα μερικού κύκλου. Η σωστή σειρά των τεσσάρων χρωμάτων του ουράνιου τόξου παρακάτω, από τη μικρότερη στη μεγαλύτερη ακτίνα, είναι…
Α. κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο
Β. μπλε, μοβ, πράσινο, κίτρινο
Γ. πράσινο, μπλε, ινδικό, βιολετί
D. indigo, μπλε, πράσινο, κίτρινο
Συζήτηση
Η σειρά των χρωμάτων του ουράνιου τόξου είναι κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, ινδικό και μοβ.
Το κόκκινο φως έχει το μεγαλύτερο μήκος κύματος, ενώ το ιώδες φως το μικρότερο. Η εκτροπή κάθε χρώματος φωτός εξαρτάται από το μήκος κύματός του.
Όταν το λευκό ηλιακό φως διασκορπίζεται από σταγόνες βροχής, το φως με μεγαλύτερα μήκη κύματος εκτρέπεται λιγότερο, ενώ το φως με μικρότερα μήκη κύματος εκτρέπεται περισσότερο. Το κόκκινο φως εκτρέπεται λιγότερο επειδή το μήκος κύματός του είναι μεγαλύτερο, ενώ το ιώδες φως εκτρέπεται περισσότερο επειδή το μήκος κύματός του είναι μικρότερο, όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Έτσι, το μάτι του παρατηρητή βλέπει το κόκκινο φως στην κορυφή και το ιώδες φως στο κάτω μέρος.
Όλα τα χρώματα του φωτός του ουράνιου τόξου έχουν μερικώς κυκλικό σχήμα, όπου ο κόκκινος κύκλος φωτός βρίσκεται στην κορυφή, επομένως έχει τη μεγαλύτερη ακτίνα, ενώ ο μωβ κύκλος φωτός βρίσκεται στο κάτω μέρος, επομένως έχει τη μικρότερη ακτίνα.
Η σειρά των ανοιχτών χρωμάτων από τη μεγαλύτερη ακτίνα προς τη μικρότερη ακτίνα είναι κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, ινδικό, μοβ.
Η σωστή απάντηση είναι το Δ.
11. Τα ανοιχτά χρώματα από το στρώμα λαδιού στην επιφάνεια του νερού προκύπτουν λόγω του γεγονότος...
Α. παρεμβολή
Β. πόλωση
C. dispersi
Δ. περίθλαση
Συζήτηση
Η σωστή απάντηση είναι η Γ.
