Fizikinės optikos šviesos bangos formulė

Fizikinės optikos šviesos bangų klausimų ir formulių pavyzdžiai

Šviesos charakteristikos

1. Šviesa yra elektromagnetinė banga, todėl šviesa….

A. Nepatiria atspindžio
B. Nepatiria refrakcijos
C. Nereikia dauginimo terpės
D. Skliddamas neperneša energijos

Pembahasanas
Šviesa yra banga, todėl sklidimo metu ji atsispindi, lūžta ir perneša energiją, kaip ir kitos bangos. Šviesa yra elektromagnetinė banga, todėl jai sklidimui nereikia terpės.
Teisingas atsakymas yra C.

2. Atkreipkite dėmesį į šį teiginį:
1. Šviesa juda tiesia linija
2. Šviesa yra elektromagnetinė banga
3. Šviesa gali būti absorbuojama
4. Šviesa turi elektros krūvį
Teisingas teiginys apie šviesos savybes yra...

A. tik 1 teiginys
B. 1 ir 2 teiginiai
C. 1, 2 ir 3 teiginiai
D. visi teiginiai yra teisingi

Pembahasanas
1. Šviesa juda tiesia linija.
Šis teiginys teisingas, nes nors šviesa juda kaip skersinė banga, šviesos kelias yra tiesi linija. Geometrinės optikos (šviesos atspindys ir lūžis) temoje šviesa vaizduojama kaip spindulys, kurio judėjimo kelias yra tiesi linija.
2. Šviesa yra elektromagnetinė banga:
Šis teiginys teisingas, nes šviesa yra elektromagnetinė banga, kuriai sklisti nereikia terpės.
3. Šviesa gali būti absorbuojama:
Šis teiginys yra teisingas. Šviesa yra elektromagnetinių bangų rūšis. Visos bangos, tiek mechaninės, tiek elektromagnetinės, sklindant iš vienos vietos į kitą, perneša energiją. Todėl dalį šviesos energijos gali absorbuoti terpė, per kurią ji praeina. Pavyzdžiui, kai šviesa sklinda link plokščio veidrodžio, didžioji dalis šviesos atsispindi, bet maža dalis sugeriama veidrodžio.
4. Šviesa turi elektros krūvį:
Šis teiginys yra klaidingas. Šviesa yra elektromagnetinė banga, o elektromagnetines bangas sukuria svyruojantys elektriniai ir magnetiniai laukai. Elektromagnetines bangas skleidžia greitėjantys elektros krūviai.
Teisingas atsakymas yra C.

Tobulas atspindys

3. Dešinėje pusėje esančiame paveikslėlyje pavaizduotas labai brangus deimantinis papuošalas, nes nuo jo atsispindinti šviesa labai žėri. Šį reiškinį sukelia…
A. tobula refrakcija, kai šviesa patenka iš mažiau tankios terpės į tankesnę terpę
B. tobula refrakcija, kai kritimo kampas yra mažesnis už ribinį kampą
C. tobulas atspindys, kai šviesa sklinda iš mažiau tankios terpės į tankesnę terpę
D. tobulas atspindys, kai kritimo kampas yra didesnis už ribinį kampą
Pembahasanas
Deimanto skleidžiama šviesa atrodo žėrinti dėl šviesos sklaidos ir tobulo atspindžio. Tobulas atspindys įvyksta, kai šviesa pereina iš terpės, turinčios didesnį lūžio rodiklį, į terpę, turinčią mažesnį lūžio rodiklį. Pavyzdžiui, šviesa pereina iš deimanto (su didesniu lūžio rodikliu) į orą (su mažesniu lūžio rodikliu). Norėdami tai geriau suprasti, išnagrinėkite paveikslėlį apačioje.

Kai šviesa juda iš terpės su dideliu lūžio rodikliu į terpę su mažu lūžio rodikliu, ji lenkiama tolyn nuo statmens. Jei kritimo kampas (i) yra didesnis, tai ir lūžio kampas (r) yra didesnis. Esant tam tikram kritimo kampui, lūžio kampas yra 90°. Kritimo kampas, kai lūžio kampas yra 90°, vadinamas kritiniu kampu (θk) arba ribiniu kampu. Jei kritimo kampas yra didesnis už kritinį arba ribinį kampą, tai šviesa lūžta; visa šviesa atsispindi.
Teisingas atsakymas yra D.

4. 2011 m. nacionalinės gamtos mokslų olimpiados klausimai 39-ajai Regency/Miesto lygmens pradinėms mokykloms
Šis reiškinys, kuris yra tobulo atspindžio simptomas, yra….
A. vaivorykštė
B. miražas
C. spalvotas ežeras
D. astigmatizmas
Pembahasanas
Miražas vadinamas tobulo atspindžio reiškiniu, nes šio proceso metu kelio paviršius nelūžta nuo oro sklindančios šviesos, o atrodo, kad visa šviesa nuo kelio paviršiaus atsispindi. Miražai atsiranda todėl, kad šviesa sklinda per oro sluoksnius, kurie turi skirtingus lūžio rodiklius dėl skirtingo šių oro sluoksnių tankio. Iš tikrųjų šviesa nėra atspindima kelio paviršiaus, o lūžta (lenkiama) oro sluoksnių, turinčių skirtingus lūžio rodiklius.
Teisingas atsakymas yra B.

5. 2010 m. nacionalinės gamtos mokslų olimpiados klausimai 30-ajai Regency/Miesto lygmens pradinėms mokykloms
Karštą dieną ant asfalto paviršiaus pamatytas naftos dėmės vaizdas iš esmės yra visiško atspindžio įvykis, nes...
A. Viršutinių oro sluoksnių lūžio rodiklis yra didesnis nei apatinių sluoksnių.
B. Viršutinių oro sluoksnių lūžio rodiklis yra mažesnis nei apatinių sluoksnių.
C. Vandens lašeliai atspindi skirtingas spalvas skirtingais atspindžio kampais.
D. Vandens lašeliai lūžta skirtingų spalvų šviesoje skirtingais lūžio kampais.
Pembahasanas
Pavyzdžiui, karštą dieną ant asfalto kelio matomas naftos dėmės vaizdas yra miražo pavyzdys. Miražai atsiranda dėl lūžio rodiklio skirtumo tarp oro sluoksnio šalia kelio ir oro sluoksnio virš jo.
Karštą dieną kelio paviršius šildo tiesiai virš jo esantį orą, todėl oro sluoksnis tiesiai virš kelio paviršiaus yra karštesnis nei oro sluoksnis toliau prieš srovę. Karštesnis oro sluoksnis patiria didesnį tūrio išsiplėtimą, todėl yra mažiau tankus (mažesnis tankis). Ir atvirkščiai, mažiau karšto oro sluoksnis virš jo patiria mažesnį tūrio išsiplėtimą, todėl yra tankesnis (didesnis tankis). Taigi apatinis oro sluoksnis yra mažiau tankus, o viršutinis oro sluoksnis yra tankesnis.
Kadangi apačioje (arčiau kelio paviršiaus) esantis oro sluoksnis yra mažiau tankus, šviesa, praeidama pro jį, juda greičiau, o viršuje esantis oro sluoksnis yra tankesnis, todėl šviesa, praeidama pro jį, juda lėčiau.
Lūžio rodiklio formulė yra: n = c / v, kur n yra lūžio rodiklis, c = šviesos greitis vakuume = konstanta = 3 x 10⁸ m/s, v = šviesos greitis terpėje. Remiantis šia formule, c yra fiksuotas taip, kad jei v padidėja, n sumažėja, ir atvirkščiai, jei v sumažėja, n padidėja.
Apatiniame oro sluoksnyje (didelis v) šviesa juda greičiau, todėl apatinio oro sluoksnio lūžio rodiklis yra mažesnis (mažas n), o viršutiniame oro sluoksnyje (mažas v) šviesa juda lėčiau, todėl viršutinio oro sluoksnio lūžio rodiklis yra didesnis (didelis n).
Teisingas atsakymas yra A.

lūžio rodiklis

6. Regimos šviesos spindulio bangos ilgis ore yra 510 nm. Jei šviesos spindulys patenka į terpę, kurios lūžio rodiklis yra 1,5, jo bangos ilgis pasikeičia į….
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Pembahasanas
Yra žinoma, kad:
Bangos ilgis (λ) = 510 nm = 510 x 10^-9 skaitiklis
Lūžio rodiklis (n) = 1,5
Klausimas: Bangos ilgis (λ) pasikeičia į….
Jawab :

Bangos ilgis (λ) pasikeičia iki 340 nanometrų.
Teisingas atsakymas yra C.

7. Skaidraus baseino dugne matoma žuvis, baseino gylis yra 2 metrai, baseino lūžio rodiklis yra 4/3. Jei žuvis matoma beveik statmenai baseino paviršiui, kokiu atstumu ji matoma nuo baseino paviršiaus?
A. 1 metro atstumu nuo baseino paviršiaus
B. 1,5 metro nuo baseino paviršiaus
C. 2 metrai nuo baseino paviršiaus
D. 2,67 metro nuo baseino paviršiaus
Pembahasanas
Yra žinoma, kad:
Baseino lūžio rodiklis = 4/3
Baseino gylis = 2 metrai
Klausimas: Kaip toli nuo tvenkinio paviršiaus galima matyti žuvį?
Jawab :
Tariamas atstumas = 1 : n (tikrasis atstumas)
Tariamas atstumas = 1 : 4/3 (2 metrai)
Matomas atstumas = 1 x 3/4 (2 metrai)
Matomas atstumas = 3/4 (2 metrai)
Matomas atstumas = 6/4
Matomas atstumas = 1,5 metro
Žuvies matomumo atstumas nuo tvenkinio paviršiaus = 1,5 metro
Teisingas atsakymas yra B.

8. Šviesa gali būti perduodama kanalu, kurio lūžio rodiklis aplinkos atžvilgiu yra….
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Pembahasanas
Vakuumo lūžio rodiklis = 1,0000
Terpės lūžio rodiklis yra didesnis nei vakuumo lūžio rodiklis.
Teisingas atsakymas yra A.

Šviesos sklaida

9. Sklaidos kampas yra kampas tarp dviejų monochromatinės šviesos spalvų, atsirandantis, kai…
A. šviesos poliarizacija
B. šviesos absorbcija
C. šviesos sklaida
D. šviesos difrakcija
Pembahasanas
Monochromatinė šviesa yra vienos spalvos arba bangos ilgio šviesa. Balta šviesa, kaip ir saulės šviesa, yra visų spalvų derinys, kurių kiekviena turi skirtingą bangos ilgį arba dažnį. Baltos šviesos skaidymas į matomą spektrą (raudona, oranžinė, geltona, žalia, mėlyna, indigo ir violetinė) vadinamas šviesos dispersija.
Šviesą galima išsklaidyti prizmėmis, vandens lašeliais ar kitais objektais. Vaivorykštės yra šviesos sklaidos kasdieniame gyvenime pavyzdys, kai saulės šviesą išsklaido lietaus lašai.
Teisingas atsakymas yra C.

10. 2011 m. nacionalinės gamtos mokslų olimpiados klausimai 60-ajai Regency/Miesto lygmens pradinėms mokykloms
Vaivorykštė atrodo kaip spalvinga juostelė, suformuota kaip dalinis apskritimas. Teisinga keturių vaivorykštės spalvų tvarka, nuo mažiausio iki didžiausio spindulio, yra…
A. raudona, oranžinė, geltona, žalia
B. mėlyna, violetinė, žalia, geltona
C. žalia, mėlyna, indigo, violetinė
D. indigo, mėlyna, žalia, geltona
Pembahasanas
Vaivorykštės spalvų tvarka yra raudona, oranžinė, geltona, žalia, mėlyna, indigo ir violetinė.
Raudona šviesa turi ilgiausią bangos ilgį, o violetinė – trumpiausią. Kiekvienos šviesos spalvos nukrypimas priklauso nuo jos bangos ilgio.
Kai baltą saulės šviesą išsklaido lietaus lašai, ilgesnių bangų šviesa krypsta mažiau, o trumpesnių – daugiau. Raudona šviesa krypsta mažiausiai, nes jos bangos ilgis ilgesnis, o violetinė – labiausiai, nes jos bangos ilgis trumpesnis, kaip parodyta toliau pateiktoje diagramoje. Taigi, stebėtojo akis raudoną šviesą mato viršuje, o violetinę – apačioje.
Visos vaivorykštės šviesos spalvos yra iš dalies apskritos formos, kur raudonas šviesos ratas yra viršuje, todėl jo spindulys yra didžiausias, o violetinis šviesos ratas yra apačioje, todėl jo spindulys yra mažiausias.
Šviesos spalvų eilė nuo didžiausio iki mažiausio spindulio yra raudona, oranžinė, geltona, žalia, mėlyna, indigo, violetinė.
Teisingas atsakymas yra D.

11. Šviesios spalvos nuo aliejaus sluoksnio vandens paviršiuje atsiranda dėl įvykio...
A. trukdžiai
B. poliarizacija
C. dispersi
D. difrakcija
Pembahasanas
Teisingas atsakymas yra C.