Parauga jautājumi par diskusiju par redzamo gaismu
Pendahuluan
Redzamā gaisma ir elektromagnētiskā spektra daļa, ko var redzēt cilvēka acs. Redzamās gaismas viļņa garuma diapazons ir aptuveni no 380 līdz 740 nanometriem. Šī gaisma sastāv no dažādām krāsām, kuras var atdalīt ar refrakcijas vai difrakcijas palīdzību. Šī parādība bieži tiek pētīta fizikā, īpaši nodaļā par optiku.
Gaisma ir enerģijas veids, kas ir būtisks ikdienas dzīvē, un galvenā tēma dažādās fizikas problēmās. Šajā rakstā mēs apspriedīsim vairākus piemērus problēmām un to risināšanu saistībā ar redzamo gaismu.
Parauga jautājumi un diskusija
1. jautājums: Baltās gaismas spektrs
Stikla prizmu izmanto, lai atdalītu baltas gaismas staru kūli tā sastāvdaļās. Uzskaitiet krāsu spektru, kas rodas no baltas gaismas laušanas caur prizmu, no īsākā līdz garākajam viļņa garumam.
Diskusija:
Baltā gaisma sastāv no dažādām krāsām ar atšķirīgu viļņu garumu. Kad baltā gaisma laiž cauri prizmu, katra krāsas komponente tiek noliekta atšķirīgā leņķī atkarībā no tās viļņa garuma. Krāsu secība no īsākā līdz garākajam viļņa garumam ir šāda:
1. Violets
2. Zils
3. Zaļš
4. Dzeltens
5. Oranžs
6. Sarkans
Violetajai krāsai ir visīsākais viļņa garums (~380 nm), un tā tiek novirzīta visvairāk, savukārt sarkanajai krāsai ir visgarākais viļņa garums (~700 nm), un tā tiek novirzīta vismazāk.
2. jautājums: refrakcijas indekss
Monohromatiska gaisma ar viļņa garumu 600 nm atrodas ūdenī ar refrakcijas indeksu \(n\). Gaisma nonāk otrā vidē, proti, stiklā ar refrakcijas indeksu 1,5. Aprēķiniet refrakcijas leņķi, ja krišanas leņķis ūdenī ir 30 grādi. Ūdens refrakcijas indekss ir 1,33.
Diskusija:
Izmantojiet Snella likumu, kas nosaka, ka:
\[n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2 \]
Ņemot vērā:
– Ūdens refrakcijas indekss, \(n_1 = 1,33 \)
– Stikla refrakcijas indekss, \(n_2 = 1,5 \)
– Krituma leņķis ūdenī, \( \theta_1 = 30^\circ \)
Tātad:
\[ 1,33 \sin 30^\circ = 1,5 \sin \theta_2 \]
Tā kā \(\sin 30^\circ = 0,5\), ievietojiet vienādojumā:
\[1,33 x 0,5 = 1,5 \sin \theta_2 \]
\[0,665 = 1,5 \sin \theta_2 \]
[sin theta_2 = ∫frac{0,665}{1,5}]
[sin theta_2 = 0,4433]
Atrodiet refrakcijas leņķi \( \theta_2 \):
[theta_2 = sin^{-1}(0,4433) aptuveni 26,4^circ]
Tātad, refrakcijas leņķis stiklā (theta_2) ir aptuveni 26,4 grādi.
3. jautājums: gaismas traucējumi
Divas šauras paralēlas spraugas, kas atrodas attālumā \(d = 0,1\) mm, tiek apgaismotas ar monohromatiskas gaismas staru kūli ar viļņa garumu \(\lambda = 500\) nm. Gaismas stars rada interferences rakstu uz ekrāna 2 m attālumā no spraugām. Aprēķiniet attālumu starp divām secīgām spilgtām joslām uz ekrāna.
Diskusija:
Izmantojiet vienādojumu attāluma noteikšanai starp divām secīgām spilgtām joslām divu spraugu interferences shēmā:
\[ \Delta y = \frac{\lambda L}{d} \]
Ņemot vērā:
– Gaismas viļņa garums, \( \lambda = 500 \x 10^{-9} \) metri
– Attālums no spraugas līdz ekrānam, \(L = 2 \) metri
– Attālums starp abām spraugām, \(d = 0,1 \x 10^{-3} \) metri
Aizstājiet šīs vērtības:
\[ \Delta y = \frac{500 \times 10^{-9} \text{ m} \times 2 \text{ m}}{0,1 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ \Delta y = \frac{1000 \times 10^{-9} \text{ m}}{0,1 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ \Delta y = \frac{1000 \reiz 10^{-9}}{10^{-4}} \]
\[ \Delta y = 10^{-5 + 4} \]
\[ \Delta y = 10^{-1} \]
\[ \Delta y = 0,01 \text{ m} \]
Tātad attālums starp divām secīgām spilgtām joslām ekrānā ir 0,01 metrs jeb 1 cm.
4. jautājums: Gaismas difrakcija
Gaisma ar viļņa garumu \( \lambda = 600 \) nm iziet caur vienu spraugu ar platumu \(a = 0,02\) mm. Iegūtais difrakcijas raksts tiek uztverts uz ekrāna 3 metru attālumā no spraugas. Aprēķiniet pirmās tumšās joslas platumu no difrakcijas raksta centra.
Diskusija:
Izmantojiet vienādojumu pirmās tumšās joslas platuma aprēķināšanai (vienas spraugas difrakcijas raksts):
\[y = \frac{m \lambda L}{a} \]
Pirmajai tumšajai joslai (m = 1):
\[y = \frac{1 \x 600 \x 10^{-9} \text{ m} \x 3 \text{ m}}{0,02 \x 10^{-3} \text{ m}} \]
Vērtību aizstāšana:
\[y = \frac{600 \times 10^{-9} \text{ m} \times 3 \text{ m}}{0,02 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[y = \frac{1800 \x 10^{-9} \text{m}}{0,02 \x 10^{-3} \text{m}} \]
\[y = \frac{1800}{0,02} \reiz 10^{-6} \text{m} \]
\[y = \frac{1800}{0,02} \reiz 10^{-6} \text{m} \]
\[y = 90000 x 10^{-6} \text{m} \]
\[y = 0,09 \teksts{m} \]
Tātad pirmās tumšās joslas platums no difrakcijas raksta centra ir 0,09 metri jeb 9 cm.
Secinājums
Redzamā gaisma ir elektromagnētiskā spektra apgabals, ko var novērot cilvēka acs, un tam ir izšķiroša nozīme tādās optiskās parādībās kā refrakcija, interference un difrakcija. Izpratne par pamatjēdzieniem un spēja risināt problēmas, kas saistītas ar šīm parādībām, ir ļoti svarīga studentiem un pētniekiem. Šajā rakstā mēs esam pārskatījuši vairākus uzdevumu piemērus ar skaidrojumiem, lai palīdzētu mums saprast, kā redzamā gaisma mijiedarbojas ar vidi un rada dažādas optiskās parādības. Ar labāku izpratni mēs varam izpētīt redzamās gaismas tālākus pielietojumus zinātnē un tehnoloģijās.
