11 esimerkkiä valoaalloista
Kiinnitä huomiota seuraaviin väitteisiin:
(1) Korvaa ruudukko ruudukolla, jossa on enemmän viivoja millimetriä kohden.
(2) Sinisestä keltaiseksi lankeava valo
(3) Muuta säteilevän valon punaisesta vihreäksi
(4) Siirrä näyttöä lähemmäs ruudukkoa
Diffraktiohilakokeessa kirkkaan kaistan leveyden lisäämiseen tähtäävään pyrkimykseen sisältyy...
Keskustelu
Kaksoisraon interferenssikaava (konstruktiivinen interferenssi):
Raon leveys (d) on hyvin pieni verrattuna raon ja sihtilevyn väliseen etäisyyteen (L), joten kulma on hyvin pieni. Kulma on niin pieni, että sin θ :n arvo on lähellä tangenttia θ.
sin θ ≈ tan θ = y / L
Tiedot:
y = kirkkaan juovan leveys, n = kertaluku, λ = aallonpituus, L = hilan ja kuvaruudun välinen etäisyys, d = raon leveys.
d = 1 / (4000 viivaa / cm) = 0,00025 cm
(1) Korvaa ruudukko ruudukolla, jossa on enemmän viivoja millimetriä kohden.
Contoh:
d = 1 / (1000 viivaa / cm) = 0,001 cm
d = 1 / (2000 viivaa / cm) = 0,0005 cm
d = 1 / (3000 viivaa / cm) = 0,0003 cm
d = 1 / (4000 viivaa / cm) = 0,00025 cm
Tämän laskelman perusteella, jos viivojen määrä millimetriä kohden on suurempi, raon leveys (d) on pienempi. Yllä olevan kaavan perusteella, jos raon leveys (d) on pienempi, kirkkaan raidan leveys (y) on suurempi.
Tämä väite on totta.
(2) Sinisestä keltaiseksi lankeava valo
Sinisellä valolla on suurempi taajuus kuin keltaisella valolla, päinvastoin
Sinisellä valolla on pienempi aallonpituus kuin keltaisella valolla.
Jos valon väri muuttuu sinisestä keltaiseksi, aallonpituus kasvaa.
Yllä olevan kaavan perusteella, jos aallonpituus on suurempi, kirkkaan kaistan (y) leveys on suurempi.
Tämä väite on totta.
(3) Muuta säteilevän valon punaisesta vihreäksi
Punaisella valolla on matalampi taajuus kuin vihreällä valolla, päinvastoin
Punaisella valolla on pidempi aallonpituus kuin keltaisella valolla.
Jos valon väri muuttuu punaisesta vihreäksi, aallonpituus lyhenee.
Yllä olevan kaavan perusteella, jos aallonpituus on pienempi, kirkkaan kaistan (y) leveys on pienempi.
Tämä väite on väärä.
(4) Siirrä näyttöä lähemmäs ruudukkoa
Näytön siirtäminen lähemmäs ruudukkoa tarkoittaa L:n pienenemistä. Yllä olevan kaavan perusteella, jos ruudukon ja näytön välinen etäisyys (L) on pienempi, kirkkaan raidan (y) leveys on pienempi.
Tämä väite on väärä.
2. Valon diffraktio
Valodiffraktiokokeessa, jossa käytettiin 4.500 1 viivaa.cm⁻¹ hilaa , toisen asteen kirkkaan juovan etäisyys on 1 mm kuvaruudulla, joka on sijoitettu etäisyydelle hilasta L. Jos käytetty hila korvataan toisella hilalla, jonka viivaa.cm⁻¹ on 5.400 1 , niin toisen asteen kirkkaan juovan etäisyys keskimmäisestä kirkkaasta juovasta mitattuna on...
A. 0,6 mm
B. 0,9 mm
Noin 1,2 mm
D. 1,6 mm
E. 2,2 mm
Keskustelu
Tiedetään, että:
d 1 = 1 / (4500 viivaa / cm) = 1/4500 cm
n² = 1
y1 = 1 mm = 0,1 cm
d2 = 1 / (5400 viivaa / cm) = 1/ 5400 cm
n² = 2
Kysytty: y 2
Vastaus:
Kaksoisraon interferenssikaava (konstruktiivinen interferenssi):
d sin θ = n λ
Raon leveys on hyvin pieni verrattuna raon ja verhon väliseen etäisyyteen, joten kulma on hyvin pieni. Kulma on niin pieni, että sin theetan arvo on lähellä tangent theetaa.
sin θ ≈ tan θ = y / L
d sin θ = n λ
d(y / L) = nλ
dy = n λL
Tietoja:
d = raon leveys, y = keskimmäisen valon ja n:nnen kertaluvun valon välinen etäisyys, n = kertaluku, λ = aallonpituus, L = hilan ja kuvaruudun välinen etäisyys.
Koe 1:
d 1 y 1 = n 1 λ L
(1/4500)(0,1) = (2) λL
0,1 / 4500 = (2) λL
0,1 / (2)(4500) = λL
0,1 / 9000 = λL
Koe 2:
d 2 y 2 = n 2 λ L
(1/5400)(y² ) = (2) λL
y² / 5400 = (2) λL
y² / ( 2)(5400) = λL
y² / 2 10.800 = λL
Käytetty valon aallonpituus (λ) on sama ja myös hilan ja sihtin välinen etäisyys (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
Oikea vastaus on C.
Valon häiriöt
3. Kaksi kapeaa, 2 mm:n etäisyydellä toisistaan olevaa rakoa valaistaan kohtisuoraan. Yhden metrin päässä raoista olevalle valkokankaalle muodostuu neljäs kirkas viiva, joka sijaitsee 1 mm:n päässä keskimmäisestä kirkkaasta viivasta. Käytetyn valon aallonpituus on…
A. 24 x 10⁻⁶ m
B. 8,0 x 10⁻⁶ m
Noin 3,7 x 10⁻⁶ m
D. 2,0 x 10⁻⁶ m
Esim. 0,5 x 10⁻⁶ m
Keskustelu
Tiedetään, että:
Rakojen välinen etäisyys (d) = 2 mm = 2 x 10⁻³ metriä
Kertomus (n) = 4
Näytön ja raon välinen etäisyys (l) = 1 metri
Kuudennen kirkkaan viivan etäisyys keskimmäisestä kirkkaasta viivasta (y) = 1 mm = 1 x 10⁻³ metriä = 10⁻³ metriä
Kysymys: Valon aallonpituus ( λ)
Vastaus:
Kaksoisraon interferenssikaava (konstruktiivinen interferenssi):
d sin θ = n λ
Rakojen välinen etäisyys on pienempi kuin rakojen ja kuvaruudun välinen etäisyys, joten kulma on hyvin pieni. Kulma on hyvin pieni, joten sin θ :n arvo on lähellä ta ngen θ:a.
Valon aallonpituus ( λ):
Oikea vastaus on E.
4. Youngin kokeessa käytettiin kahta kapeaa rakoa, jotka olivat kumpikin 3 mm:n päässä toisistaan, ja raoista 1 metrin päähän asetettiin verho. Jos kuudes valo tuotetaan 1 mm:n etäisyydelle keskivalosta, käytetyn valon aallonpituus on...
A. 0,5 x 10⁻⁶ m
B. 2,0 x 10⁻⁶ m
Noin 3,7 x 10⁻⁶ m
D. 8,0 x 10⁻⁶ m
E. 24 x 10⁻⁶ m
Keskustelu
Tiedetään, että:
Rakojen välinen etäisyys (d) = 3 mm = 3 x 10⁻³ metriä
Kertomus (n) = 6
Näytön ja raon välinen etäisyys (l) = 1 metri
Kuudennen kirkkaan viivan etäisyys keskimmäisestä kirkkaasta viivasta (y) = 1 mm = 1 x 10⁻³ metriä = 10⁻³ metriä
Kysymys: Valon aallonpituus ( λ)
Vastaus:
Valon aallonpituus ( λ):
Oikea vastaus on A.
Valoaaltojen ominaisuudet
5. Aaltojen ominaisuudet:
(1) pitkittäisaallon muoto
(2) voi taittaa
(3) voi häiritä
(4) voidaan polarisoida
(5) sen leviäminen vaatii väliaineen
Yllä oleva lause, joka on valoaaltojen ominaisuus, on lukumäärä…
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)
Keskustelu
Oikea vastaus on D.
6. Fysiikan SMA/MA-yliopiston valtakunnallisen kokeen kysymys nro 29 2015/2016
Kiinnitä huomiota seuraavaan väitteeseen!
(1) Voi häiritä
(2) Polarisaation kokeminen
(3) Diffraktsioonin kokeminen
(4) Ryömintä ilman välikappaletta
(5) Voidaan heijastaa
Oikea lause yllä ääniaaltojen ominaisuuksista 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)
Keskustelu
(2) Poikittaisaallot kokevat polarisaation. Ääniaallot ovat pitkittäisaaltoja.
(4) Ilman väliainetta etenevät aallot ovat vain sähkömagneettisia aaltoja, ääniaallot ovat mekaanisia aaltoja, jotka tarvitsevat väliaineen etenemiseen.
Oikea vastaus on B.
Diffraktiohila
7. Diffraktiohila on 4 000 viivaa senttimetrillä. Monokromaattinen valo kohdistetaan hilaan, ja se tuottaa toisen asteen kirkkaan viivan. Jos poikkeamakulma on 30 ° , valon aallonpituus on… (1 Å = 10⁻⁸⁴⁴ m)
A. 8.000 Å
B. 6.250 Å
Noin 5.000 Å
D. 4.500 Å
E. 4.000 Å
Keskustelu
Tiedetään, että:
Hilavakio (d) = 1 / (10 000 viivaa / cm) = 0,00025 cm = 2,5 x 10⁻⁴ cm = 2,5 x 10⁻⁴ metriä
Kertomus (n) = 2
sin 30 ° = 0,5
1 Å = 10⁻¹⁵ m
Kysymys: Valon aallonpituus (λ)
Vastaus:
Oikea vastaus on B.
8. Monokromaattinen valonsäde, jonka aallonpituus on 2,5· 10⁻⁷ m, osuu hilaan, joka koostuu 10 000 naarmusta/cm. Mikä on toisen asteen kirkkaan viivan kulma?
A. 30 °
B. 37 o
Noin 45 °
D. 53 o
E. 60 o
Keskustelu
Tiedetään, että:
Hilavakio (d) = 1 / (10 000 viivaa / cm) = 0,0001 cm = 1 x 10⁻⁴ cm = 1 x 10⁻⁴ metriä
Kertomus (n) = 2
Valon aallonpituus (λ) = 2,5 x 10⁻⁷ metriä
Kysytty: Kulma (θ)
Vastaus:
Oikea vastaus on A.
9. Kaksoisraon interferenssi
Keltainen valonsäde pudotetaan kahteen rakoon, mikä aiheuttaa näkyvää interferenssiä näytöllä. Seuraavasta lauseesta:
(1) Kirkas kaista levenee, jos keltainen valo korvautuu sinisellä
(2) Kirkas kaista levenee, jos rakojen välistä etäisyyttä pienennetään.
( 3) Mitä kauempana keskivalosta, sitä pienempi intensiteetti.
(4) mitä kauempana keskivalosta ollaan, sitä vakiona intensiteetti pysyy.
Oikea lausunto on…
A. (1), (3) ja (4)
B. Vain kohdat (1) ja (3)
C. Vain kohdat (1) ja (4)
D. Vain kohdat (2) ja (3)
E. Vain kohdat (2) ja (4)
Keskustelu
Rakojen välinen etäisyys on pienempi kuin rakojen ja kuvaruudun välinen etäisyys, joten kulma on hyvin pieni. Kulma on hyvin pieni, joten sin θ :n arvo on lähellä ta ngen θ:a.
Kaksoisraon interferenssikaava (konstruktiivinen interferenssi)
Tietoja:
d = rakojen välinen etäisyys, y = n: nnen kirkkaan viivan etäisyys keskimmäisestä kirkkaasta viivasta, l = etäisyys kuvaruudun ja raon välillä, n = kertaluku, λ = valon p-aallonpituus.
(1) Kirkas kaista levenee, jos keltainen valo korvautuu sinisellä
Tämän kaavan perusteella kirkkaiden viivojen lukumäärä (n) on kääntäen verrannollinen aallonpituuteen ( λ). Jos aallonpituus on pienempi, kirkkaiden viivojen lukumäärä (n) on suurempi. Keltaisella valolla on pidempi aallonpituus (matalampi taajuus) kuin sinisellä valolla. Jos keltainen valo korvataan sinisellä valolla, aallonpituus on pienempi, joten kirkkaiden viivojen lukumäärä (n) on suurempi.
Tämä väite on totta.
(2) Kirkas kaista levenee, jos rakojen välistä etäisyyttä pienennetään.
Yllä olevan kaavan perusteella rakojen välinen etäisyys (d) on suoraan verrannollinen kirkkaiden viivojen lukumäärään (n). Jos rakojen välistä etäisyyttä pienennetään, kirkkaiden viivojen lukumäärä (n) pienenee.
Tämä väite on väärä.
(3) Mitä kauempana keskivalosta, sitä pienempi on intensiteetti.
Intensiteetti liittyy kirkkaustasoon. Intensiteetti on kääntäen verrannollinen etäisyyteen; mitä suurempi etäisyys, sitä pienempi intensiteetti (sitä himmeämpi valo).
Tämä väite on totta.
(4) Mitä kauempana keskivalosta ollaan, sitä vakiona intensiteetti pysyy.
Tämä väite on väärä.
Oikea vastaus on B.
10. Monokromaattinen valonsäde, jonka aallonpituus on 5.10⁻⁷ m , on suunnattu kohtisuoraan hilaan nähden. Jos etäisyys kuvaruudun ja hilan välillä on 2 m ja kolmannen asteen valo tulee kuvaruudulle 150 cm:n etäisyydelle keskivalosta, niin rakojen välinen etäisyys on….
- 4.10-6 m
- 3.10-6 m
- 2.10-6 m
- 3.10-7 m
- 2.10-7 m
Keskustelu
Tiedetään, että:
Aallonpituus (λ) = 5 x 10-7 mittari
l = 2 metriä
n = 3
y = 150 cm = 1,5 metriä
Kysytty: hilavakio
Vastaus:
sin θ ≈ tan θ = y / l = 1,5 / 2 = 0,75 = 75 x 10 -2
Rakojen välinen etäisyys:
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) metriä
d = (0,2)(10-5) metriä
d = 2.10-6 mittari
Oikea vastaus on C.
11. Monokromaattinen valonsäde, jonka aallonpituus on 500 nm (1 nano = 10⁻⁹ ) , tulee kohtisuoraan hilaan . Jos neljäs valo muodostaa 30 asteen poikkeamakulman , viivojen lukumäärä hilan senttimetriä kohden on….
- 3000
- 2500
- 1250
- 1000
- 250
Keskustelu
Tiedetään, että:
Aallonpituus (λ) = 500.10-9 metriä = 5.10-7 mittari
θ = 30o
n = 4
Kysytty: viivojen lukumäärä ruudukon senttimetriä kohden
Vastaus:
Rakojen välinen etäisyys:
d sin θ = n λ
d (synti 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 mittari
Viivojen lukumäärä ruudukon senttimetriä kohden:
x = 1/4.10-6 mittari
x = 0,25.106 linja / metri
x = 0,25.106 rivi / 102 cm
x = 0,25.104 rivi / cm
x = 25.102 rivi / cm
x = 2500 viivaa / cm
Oikea vastaus on B.
Kysymyksen lähde:
2015/2016 SMA/MA Fysiikan YK-kysymykset
