11 näidet valguslainetest
Pöörake tähelepanu järgmistele väidetele:
(1) Asendage ruudustik ruudustikuga, millel on rohkem jooni millimeetri kohta.
(2) Valgus, mis langeb sinisest kollaseni
(3) Muutke kiirgav valgus punasest roheliseks
(4) Liigutage ekraani ruudustikule lähemale
Difraktsioonivõre eksperimendis heleda riba laiuse suurendamise püüdlus hõlmab järgmist...
Arutelu
Topeltpilu interferentsi valem (konstruktiivne interferents):
Pilu laius (d) on pilu ja ekraani vahelise kaugusega (L) võrreldes väga väike, seega on nurk väga väike. Nurk on nii väike, et sin θ väärtus on tangensi θ lähedal.
sin θ ≈ tan θ = y / L
Teave:
y = heleda riba laius, n = järk, λ = lainepikkus, L = võre ja ekraani vaheline kaugus, d = pilu laius.
d = 1 / (4000 joont / cm) = 0,00025 cm
(1) Asendage ruudustik ruudustikuga, millel on rohkem jooni millimeetri kohta.
Kontoh:
d = 1 / (1000 joont / cm) = 0,001 cm
d = 1 / (2000 joont / cm) = 0,0005 cm
d = 1 / (3000 joont / cm) = 0,0003 cm
d = 1 / (4000 joont / cm) = 0,00025 cm
Selle arvutuse põhjal, kui joonte arv millimeetri kohta on suurem, siis pilu laius (d) on väiksem. Ülaltoodud valemi põhjal, kui pilu laius (d) on väiksem, siis heleda riba laius (y) on suurem.
See väide on tõene.
(2) Valgus, mis langeb sinisest kollaseni
Sinise valguse sagedus on suurem kui kollase valguse sagedus ja vastupidi.
Sinisel valgusel on lühem lainepikkus kui kollasel valgusel.
Kui valgus langeb sinisest kollaseni, siis lainepikkus suureneb.
Ülaltoodud valemi põhjal, mida suurem on lainepikkus, seda suurem on heleda riba (y) laius.
See väide on tõene.
(3) Muutke kiirgav valgus punasest roheliseks
Punase valguse sagedus on madalam kui rohelise valguse sagedus ja vastupidi.
Punasel valgusel on pikem lainepikkus kui kollasel valgusel.
Kui valgus langeb punasest roheliseks, siis lainepikkus väheneb.
Ülaltoodud valemi põhjal, mida väiksem on lainepikkus, seda väiksem on ka heleda riba (y) laius.
See väide on vale.
(4) Liigutage ekraani ruudustikule lähemale
Ekraani ruudustikule lähemale nihutamine tähendab L vähendamist. Ülaltoodud valemi põhjal, kui ruudustiku ja ekraani vaheline kaugus (L) on väiksem, on heleda riba (y) laius väiksem.
See väide on vale.
2. Valguse difraktsioon
Valgusdifraktsioonikatses, kus kasutati 4.500 lines.cm⁻¹ võret ja ekraanil, mis oli asetatud võrest kaugusele L, oli teist järku heleda riba kaugus 1 mm. Kui kasutatav võre asendada teise võrega, mille lines.cm⁻¹ on 5.400 lines.cm⁻¹ , siis teist järku heleda riba kaugus, mõõdetuna keskmisest heledast ribast, on...
A. 0,6 mm
B. 0,9 mm
Läbimõõt 1,2 mm
Läbimõõt 1,6 mm
E. 2,2 mm
Arutelu
On teada, et:
d1 = 1 / (4500 joont / cm) = 1/4500 cm
n² = 1
y1 = 1 mm = 0,1 cm
d2 = 1 / (5400 joont / cm) = 1/ 5400 cm
n² = 2
Küsis: y 2
Vastus:
Topeltpilu interferentsi valem (konstruktiivne interferents):
d sin θ = n λ
Pilu laius on pilu ja ekraani vahelise kaugusega võrreldes väga väike, seega on nurk väga väike. Nurk on nii väike, et sin-teeta väärtus on lähedane tangens-teetale.
sin θ ≈ tan θ = y / L
d sin θ = n λ
d(y / L) = nλ
dy = nλL
Teave:
d = pilu laius, y = keskse ja n-nda järgu valguse vaheline kaugus, n = järk, λ = lainepikkus, L = võre ja ekraani vaheline kaugus.
Katse 1:
d²y² = n²λL
(1/4500)(0,1) = (2) λL
0,1 / 4500 = (2) λL
0,1 / (2)(4500) = λL
0,1 / 9000 = λL
Katse 2:
d²y² = n²λL
(1/5400)(y² ) = (2) λL
y² / 5400 = (2) λL
y² / ( 2)(5400) = λL
y² / 2 10.800 = λL
Kasutatava valguse lainepikkus (λ) on sama ja ka võre ning ekraani vaheline kaugus (L) on sama.
λL = λL
0,1 / 9000 = y² / 2 10.800
(0,1)(10.800 2) = ( y² )(9000)
1080 = y² ( 9000)
y2 = 1080 / 9000
y² = 0,12 cm
y² = 1,2 mm
Õige vastus on C.
Valgusinterferents
3. Kaks kitsast pilu, mis on teineteisest 2 mm kaugusel, valgustatakse risti. Piludest 1 meetri kaugusel asuval ekraanil moodustub neljas ere joon, mis asub keskmisest eredast joonest 1 mm kaugusel. Kasutatava valguse lainepikkus on…
A. 24 x 10⁻⁶ m
B. 8,0 x 10⁻⁶ m
C. 3,7 x 10⁻⁶ m
D. 2,0 x 10⁻⁶ m
Näiteks 0,5 x 10⁻⁶ m
Arutelu
On teada, et:
Pilude vaheline kaugus (d) = 2 mm = 2 x 10⁻³ meetrit
Järjekord (n) = 4
Ekraani ja vahe vaheline kaugus (l) = 1 meeter
4. heleda joone kaugus keskmisest heledast joonest (y) = 1 mm = 1 x 10⁻³ meetrit = 10⁻³ meetrit
Küsimus: Valguse lainepikkus ( λ)
Vastus:
Topeltpilu interferentsi valem (konstruktiivne interferents):
d sin θ = n λ
Pilude vaheline kaugus on väiksem kui pilude ja ekraani vaheline kaugus, seega on nurk väga väike. Nurk on väga väike, nii et sin θ väärtus on lähedane ta ngen θ väärtusele.
Valguse lainepikkus ( λ):
Õige vastus on E.
4. Youngi katses kasutati kahte kitsast pilu, kumbki 3 mm kaugusel teineteisest, ja ekraan asetati piludest 1 m kaugusele. Kui kuues valgus tekib keskvalgusest 1 mm kaugusel, siis kasutatava valguse lainepikkus on...
A. 0,5 x 10⁻⁶ m
B. 2,0 x 10⁻⁶ m
C. 3,7 x 10⁻⁶ m
D. 8,0 x 10⁻⁶ m
Mõõtmed 24 x 10⁻⁶ m
Arutelu
On teada, et:
Pilude vaheline kaugus (d) = 3 mm = 3 x 10⁻³ meetrit
Järjekord (n) = 6
Ekraani ja vahe vaheline kaugus (l) = 1 meeter
6. heleda joone kaugus keskmisest heledast joonest (y) = 1 mm = 1 x 10⁻³ meetrit = 10⁻³ meetrit
Küsimus: Valguse lainepikkus ( λ)
Vastus:
Valguse lainepikkus ( λ):
Õige vastus on A.
Valguslainete omadused
5. Lainete omadused:
(1) pikilaine kuju
(2) võib murduda
(3) võib segada
(4) saab polariseerida
(5) selle paljundamiseks on vaja keskkonda
Ülaltoodud väide, mis on valguslainete iseloomulik tunnus, on arv…
A. (1), (2) ja (3)
B. (1), (2) ja (4)
C. (1), (3) ja (5)
D. (2), (3) ja (4)
E. (2), (2) ja (5)
Arutelu
Õige vastus on D.
6. 2015/2016 SMA/MA füüsika riigieksami küsimus nr 29
Pöörake tähelepanu järgmisele väitele!
(1) Võib segada
(2) Polariseerumise kogemine
(3) Difraktsiooni kogemine
(4) Roomamine ilma meediumita
(5) Võib peegelduda
Ülaltoodud õige väide helilainete omaduste kohta on...
A. (1), (2) ja (3)
B. (1), (3) ja (5)
C. (1), (4) ja (5)
D. (2), (3) ja (4)
E. (3), (4) ja (5)
Arutelu
(2) Polarisatsiooni kogevad põiklained. Helilained on pikilained.
(4) Ilma keskkonnata levivad lained on ainult elektromagnetlained, helilained on mehaanilised lained, mis vajavad levimiseks keskkonda.
Õige vastus on B.
Difraktsioonivõre
7. Difraktsioonivõrel on 4.000 joont sentimeetri kohta. Võrele suunatav monokromaatiline valgus tekitab teist järku heleda joone. Kui hälbenurk on 30 ° , siis valguse lainepikkus on… (1 Å = 10⁻⁸ -10⁻¹ m)
A. 8.000 Å
B. 6.250 Å
C. 5.000 Å
D. 4.500 Å
E. 4.000 Å
Arutelu
On teada, et:
Võrekonstant (d) = 1 / (10 000 joont / cm) = 0,00025 cm = 2,5 x 10⁻⁴ cm = 2,5 x 10⁻⁴ meetrit
Järjekord (n) = 2
patt 30 ° = 0,5
1 Å = 10⁻¹⁵ m
Küsimus: Valguse lainepikkus (λ)
Vastus:
Õige vastus on B.
8. Monokromaatilise valgusvihu lainepikkusega 2,5· 10⁻⁷ m langeb võrele, mis koosneb 10 000 kriimustusest/cm kohta. Milline on teist järku heleda joone nurk?
A. 30 °
B. 37 o
C. 45 °
D. 53 o
E. 60 o
Arutelu
On teada, et:
Võrekonstant (d) = 1 / (10 000 joont / cm) = 0,0001 cm = 1 x 10⁻⁴ cm = 1 x 10⁻⁴ meetrit
Järjekord (n) = 2
Valguse lainepikkus (λ) = 2,5 x 10⁻⁷ meetrit
Küsiti: Nurk (θ)
Vastus:
Õige vastus on A.
9. Topeltpilu interferents
Kollane valgusvihk langeb kahele pilule, põhjustades ekraanil nähtava interferentsi. Järgmisest väitest:
(1) Ere riba laieneb, kui kollane valgus asendub sinisega
(2) Ere riba laieneb, kui pilude vaheline kaugus väheneb.
( 3) Mida kaugemal keskvalgusest, seda väiksem on intensiivsus.
(4) mida kaugemal keskvalgusest ollakse, seda konstantsemaks jääb intensiivsus.
Õige väide on…
A. (1), (3) ja (4)
Ainult B. (1) ja (3)
Ainult C. (1) ja (4)
D. Ainult punktid (2) ja (3)
Ainult punktid E (2) ja (4)
Arutelu
Pilude vaheline kaugus on väiksem kui pilude ja ekraani vaheline kaugus, seega on nurk väga väike. Nurk on väga väike, nii et sin θ väärtus on lähedane ta ngen θ väärtusele.
Topeltpilu interferentsi valem (konstruktiivne interferents)
Teave:
d = pilude vaheline kaugus, y = n-nda heleda joone kaugus keskmisest heledast joonest, l = ekraani ja pilu vaheline kaugus, n = järk, λ = valguse lainepikkus p.
(1) Ere riba laieneb, kui kollane valgus asendub sinisega
Selle valemi põhjal on eredate joonte arv (n) pöördvõrdeline lainepikkusega ( λ). Kui lainepikkus on väiksem, on eredate joonte arv (n) suurem. Kollasel valgusel on pikem lainepikkus (madalam sagedus) kui sinisel valgusel. Kui kollane valgus asendatakse sinise valgusega, on lainepikkus väiksem ja seega on eredate joonte arv (n) suurem.
See väide on tõene.
(2) Ere riba laieneb, kui pilude vaheline kaugus väheneb.
Ülaltoodud valemi põhjal on pilude vaheline kaugus (d) otseselt proportsionaalne heledate joonte arvuga (n). Kui pilude vahelist kaugust vähendatakse, väheneb ka heledate joonte arv (n).
See väide on vale.
(3) Mida kaugemal keskvalgusest, seda väiksem on intensiivsus.
Intensiivsus on seotud heleduse tasemega. Intensiivsus on pöördvõrdeline kaugusega; mida suurem on kaugus, seda madalam on intensiivsus (seda hämaram on valgus).
See väide on tõene.
(4) Mida kaugemal keskvalgusest ollakse, seda konstantsemaks jääb intensiivsus.
See väide on vale.
Õige vastus on B.
10. Võrega risti on suunatud monokromaatiline valguskiir lainepikkusega 5.10⁻⁷ m . Kui ekraani ja võre vaheline kaugus on 2 m ning ekraanile langeb kolmanda järgu valgus 150 cm kaugusel keskvalgusest, siis pilude vaheline kaugus on….
- 4.10-6 m
- 3.10-6 m
- 2.10-6 m
- 3.10-7 m
- 2.10-7 m
Arutelu
On teada, et:
Lainepikkus (λ) = 5 x 10-7 meeter
l = 2 meetrit
n = 3
y = 150 cm = 1,5 meetrit
Küsis: võrekonstant
Vastus:
sin θ ≈ tan θ = y / l = 1,5 / 2 = 0,75 = 75 x 10 -2
Vahede vaheline kaugus:
d sin θ = n λ
d (75.10-2) = (3)(5.10-7)
d (75.10-2) = 15.10-7
d = (15.10-7) / (75.10-2)
d = (15/75) 10-5
d = (1/5)(10-5) meetrit
d = (0,2)(10-5) meetrit
d = 2.10-6 meeter
Õige vastus on C.
11. Võrele langeb risti monokromaatilise valguskiir lainepikkusega 500 nm (1 nano = 10⁻⁹ ) . Kui neljas valgusvihk moodustab 30 ° hälbenurga , siis on joonte arv võre sentimeetri kohta….
- 3000
- 2500
- 1250
- 1000
- 250
Arutelu
On teada, et:
Lainepikkus (λ) = 500.10-9 meetrit = 5.10-7 meeter
θ = 30o
n = 4
Küsis: joonte arv ruudustiku sentimeetri kohta
Vastus:
Vahede vaheline kaugus:
d sin θ = n λ
d (patus 30o) = (4)(5.10-7)
d (0,5) = 20.10-7
d = (20.10-7) / 0,5
d = 40.10-7
d = 4.10-6 meeter
Joonte arv ruudustiku sentimeetri kohta:
x = 1 / 4.10-6 meeter
x = 0,25.106 liin / meeter
x = 0,25.106 rida / 102 cm
x = 0,25.104 joon / cm
x = 25.102 joon / cm
x = 2500 joont / cm
Õige vastus on B.
Küsimuse allikas:
2015/2016 SMA/MA füüsika ÜRO küsimused
