Jautājumu un formulu piemēri gaismas viļņiem fizikālajā optikā
Gaismas raksturojums
1. Gaisma ir elektromagnētiskais vilnis, tāpēc gaisma….
A. Nepiedzīvo atspulgu
B. Nepiedzīvo refrakciju
C. Nav nepieciešama pavairošanas barotne
D. Izplatoties nepārnēsā enerģiju
Diskusija
Gaisma ir vilnis, tāpēc tā, tāpat kā citi viļņi, izplatīšanās laikā atstarojas, lūst un pārnēsā enerģiju. Gaisma ir elektromagnētiskais vilnis, tāpēc tai nav nepieciešama vide izplatībai.
Pareizā atbilde ir C.
2. Pievērsiet uzmanību šādam apgalvojumam:
1. Gaisma pārvietojas taisnā līnijā
2. Gaisma ir elektromagnētiskais vilnis
3. Gaismu var absorbēt
4. Gaisma nes elektrisko lādiņu
Pareizais apgalvojums par gaismas īpašībām ir...
A. tikai 1. apgalvojums
B. 1. un 2. apgalvojums
C. 1., 2. un 3. apgalvojums
D. visi apgalvojumi ir patiesi
Diskusija
1. Gaisma pārvietojas taisnā līnijā.
Šis apgalvojums ir patiess, jo, lai gan gaisma pārvietojas kā šķērsvilnis, gaismas ceļš ir taisna līnija. Ģeometriskās optikas (gaismas atstarošanas un laušanas) tēmā gaisma tiek attēlota kā stars, kura kustības ceļš ir taisna līnija.
2. Gaisma ir elektromagnētiskais vilnis:
Šis apgalvojums ir patiess, jo gaisma ir elektromagnētiskais vilnis, kur gaismas izplatībai nav nepieciešama vide.
3. Gaismu var absorbēt:
Šis apgalvojums ir patiess. Gaisma ir elektromagnētiskā viļņa veids. Visi viļņi, gan mehāniskie, gan elektromagnētiskie, pārnes enerģiju, pārvietojoties no vienas vietas uz otru. Tāpēc daļu gaismas enerģijas var absorbēt vide, caur kuru tā iet. Piemēram, kad gaisma virzās uz plakanu spoguli, lielākā daļa gaismas tiek atstarota, bet neliela daļa tiek absorbēta spogulī.
4. Gaisma nes elektrisko lādiņu:
Šis apgalvojums ir aplams. Gaisma ir elektromagnētiskais vilnis, un elektromagnētiskos viļņus rada svārstīgi elektriskie un magnētiskie lauki. Elektromagnētiskos viļņus izstaro paātrinoši elektriskie lādiņi.
Pareizā atbilde ir C.
Perfekta atspulgs
3. Attēlā labajā pusē redzams dimanta rotaslieta, kas ir ļoti dārga, jo dimanta atstarotā gaisma ir tik mirdzoša. Šo parādību izraisa…
A. perfekta refrakcija, kurā gaisma nonāk no mazāk blīvas vides blīvākā vidē
B. pilnīga refrakcija, kur krišanas leņķis ir mazāks par robežleņķi
C. pilnīga atstarošana, kur gaisma nāk no mazāk blīvas vides uz blīvāku vidi
D. perfekta atstarošana, kur krišanas leņķis ir lielāks par robežleņķi
Diskusija
Dimanta gaisma šķiet mirdzoša gaismas izkliedes un perfektas atstarošanas dēļ. Perfekta atstarošana notiek, kad gaisma pārvietojas no vides ar augstāku refrakcijas indeksu uz vidi ar zemāku refrakcijas indeksu. Piemēram, gaisma pārvietojas no dimanta (ar augstāku refrakcijas indeksu) uz gaisu (ar zemāku refrakcijas indeksu). Lai to labāk izprastu, aplūkojiet attēlu zemāk.
Kad gaisma pārvietojas no vides ar lielu refrakcijas indeksu uz vidi ar mazu refrakcijas indeksu, gaisma tiek izliekta prom no normāles. Ja krišanas leņķis (i) ir lielāks, tad arī laušanas leņķis (r) ir lielāks. Pie noteikta krišanas leņķa laušanas leņķis ir 90°. Krišanas leņķi, kad laušanas leņķis ir 90°, sauc par kritisko leņķi (θk) jeb robežleņķi. Ja krišanas leņķis ir lielāks par kritisko leņķi vai robežleņķi, tad gaisma netiek lauzta; visa gaisma tiek atstarota.
Pareizā atbilde ir D.
4. 2011. gada Nacionālās dabaszinību olimpiādes jautājumi reģentu/pilsētu līmeņa pamatskolām Nr. 39
Šāda parādība, kas ir pilnīgas refleksijas simptoms, ir….
A. varavīksne
B. mirāža
C. krāsains ezers
D. astigmatisms
Diskusija
Mirāžu sauc par pilnīgas atstarošanas fenomenu, jo šajā procesā ceļa virsma nelauž gaismu, kas nāk no gaisa, bet gan izskatās, it kā ceļa virsma atstarotu visu gaismu. Mirāžas rodas tāpēc, ka gaisma pārvietojas cauri gaisa slāņiem, kuriem ir atšķirīgi refrakcijas indeksi šo gaisa slāņu atšķirīgā blīvuma dēļ. Patiesībā gaismu ceļa virsma neatstaro, bet gan lauž (liec) gaisa slāņi, kuriem ir atšķirīgi refrakcijas indeksi.
Pareizā atbilde ir B.
5. 2010. gada Nacionālās dabaszinību olimpiādes jautājumi reģentu/pilsētu līmeņa pamatskolām Nr. 30
Eļļas plankuma redzēšana uz asfalta ceļa virsmas karstā dienā būtībā ir pilnīgas atstarošanas notikums, jo…
A. Gaisa augšējo slāņu refrakcijas indekss ir lielāks nekā apakšējo slāņu refrakcijas indekss.
B. Gaisa augšējo slāņu refrakcijas indekss ir mazāks nekā apakšējo slāņu refrakcijas indekss.
C. Ūdens pilieni atstaro dažādas krāsas dažādos atstarošanas leņķos.
D. Ūdens pilieni lauž dažādas krāsas dažādos laušanas leņķos.
Diskusija
Mirāžas piemērs ir tāda aina kā eļļas plankums uz asfalta ceļa karstā dienā. Mirāžas rodas gaisa slāņa ceļa tuvumā un virs tā esošā gaisa slāņa refrakcijas koeficienta atšķirības dēļ.
Karstā dienā ceļa virsma sasilda gaisu tieši virs tās, padarot gaisa slāni tieši virs ceļa virsmas karstāku nekā gaisa slānis tālāk augšpus sliedēm. Karstākajam gaisa slānim ir lielāka tilpuma izplešanās, padarot to mazāk blīvu (zemāks blīvums). Un otrādi, jo mazāk karstā gaisa slānis virs tā ir, jo mazāk tas izplešas, jo blīvāks tas ir (augstāks blīvums). Tātad apakšējais gaisa slānis ir mazāk blīvs, bet augšējais gaisa slānis ir blīvāks.
Tā kā gaisa slānis apakšā (tuvāk ceļa virsmai) ir mazāk blīvs, gaisma, izejot cauri tam, pārvietojas ātrāk, savukārt gaisa slānis augšpusē ir blīvāks, tāpēc gaisma, izejot cauri tam, pārvietojas lēnāk.
Refrakcijas indeksa formula ir: n = c / v, kur n ir refrakcijas indekss, c = gaismas ātrums vakuumā = konstante = 3 x 108 m/s, v = gaismas ātrums vidē. Balstoties uz šo formulu, c ir fiksēts tā, ka, ja v palielinās, tad n samazinās, un otrādi, ja v samazinās, tad n palielinās.
Gaisma pārvietojas ātrāk apakšējā gaisa slānī (liels v), tāpēc apakšējam gaisa slānim ir mazāks refrakcijas koeficients (mazais n), savukārt gaisma pārvietojas lēnāk augšējā gaisa slānī (mazais v), tāpēc augšējam gaisa slānim ir lielāks refrakcijas koeficients (liels n).
Pareizā atbilde ir A.
refrakcijas indekss
6. Redzamās gaismas stara viļņa garums gaisā ir 510 nm. Ja gaismas stars nonāk vidē ar refrakcijas koeficientu 1,5, tā viļņa garums mainās uz….
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Diskusija
Ir zināms, ka:
Viļņa garums (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 metrs
Refrakcijas indekss (n) = 1,5
Jautājums: Viļņa garums (λ) mainās uz….
Atbilde:
Viļņa garums (λ) mainās uz 340 nanometriem.
Pareizā atbilde ir C.
7. Zivs ir redzama dzidra baseina jūras gultnē, baseina dziļums ir 2 metri, baseina refrakcijas indekss ir 4/3. Ja zivs ir redzama gandrīz perpendikulāri baseina virsmai, cik tālu zivs atrodas no baseina virsmas?
A. 1 metra attālumā no baseina virsmas
B. 1,5 metru attālumā no baseina virsmas
C. 2 metru attālumā no baseina virsmas
D. 2,67 metri no baseina virsmas
Diskusija
Ir zināms, ka:
Baseina refrakcijas indekss = 4/3
Baseina dziļums = 2 metri
Jautājums: Cik tālu zivis var redzēt no dīķa virsmas?
Atbilde:
Šķietamais attālums = 1 : n (reālais attālums)
Šķietamais attālums = 1 : 4/3 (2 metri)
Redzamais attālums = 1 x 3/4 (2 metri)
Redzamais attālums = 3/4 (2 metri)
Šķietamais attālums = 6/4
Redzamais attālums = 1,5 metri
Zivju redzamības attālums no dīķa virsmas = 1,5 metri
Pareizā atbilde ir B.
8. Gaismu var pārraidīt kanālā, kura refrakcijas koeficients attiecībā pret apkārtējo vidi ir….
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Diskusija
Vakuuma refrakcijas indekss = 1,0000
Vides refrakcijas indekss ir lielāks nekā vakuuma refrakcijas indekss.
Pareizā atbilde ir A.
Gaismas izkliede
9. Izkliedes leņķis ir leņķis starp divām monohromatiskas gaismas krāsām, kas rodas, ja….
A. gaismas polarizācija
B. gaismas absorbcija
C. gaismas izkliede
D. gaismas difrakcija
Diskusija
Monohromatiskā gaisma ir gaisma ar vienu krāsu vai viļņa garumu. Baltā gaisma, tāpat kā saules gaisma, ir visu krāsu kombinācija, katrai no tām ir atšķirīgs viļņa garums vai frekvence. Baltās gaismas sadalīšanos redzamajā spektrā (sarkanā, oranžā, dzeltenā, zaļā, zilā, indigo un violetā) sauc par gaismas dispersiju.
Gaismas izkliedi var panākt ar prizmu, ūdens pilienu vai citu objektu palīdzību. Varavīksnes ir gaismas izkliedes piemērs ikdienas dzīvē, kur saules gaismu izkliedē lietus lāses.
Pareizā atbilde ir C.
10. 2011. gada Nacionālās dabaszinību olimpiādes jautājumi reģentu/pilsētu līmeņa pamatskolām Nr. 60
Varavīksne izskatās kā krāsaina lente, kas veidota kā daļējs aplis. Pareizā četru varavīksnes krāsu secība, sākot no mazākā līdz lielākajam rādiusam, ir…
A. sarkana, oranža, dzeltena, zaļa
B. zila, violeta, zaļa, dzeltena
C. zaļa, zila, indigo, violeta
D. indigo, zila, zaļa, dzeltena
Diskusija
Varavīksnes krāsu secība ir sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo un violeta.
Sarkanajai gaismai ir garākais viļņa garums, bet violetajai gaismai – īsākais. Katras gaismas krāsas novirze ir atkarīga no tās viļņa garuma.
Kad balto saules gaismu izkliedē lietus lāses, gaisma ar garāku viļņu garumu tiek novirzīta mazāk, savukārt gaisma ar īsāku viļņu garumu tiek novirzīta vairāk. Sarkanā gaisma tiek novirzīta vismazāk, jo tās viļņa garums ir garāks, savukārt violetā gaisma tiek novirzīta visvairāk, jo tās viļņa garums ir īsāks, kā parādīts zemāk esošajā diagrammā. Tādējādi novērotāja acs redz sarkano gaismu augšpusē un violeto gaismu apakšā.
Visas varavīksnes gaismas krāsas ir daļēji apļa formas, kur sarkanais gaismas aplis atrodas augšpusē, tāpēc tam ir lielākais rādiuss, bet violetais gaismas aplis atrodas apakšā, tāpēc tam ir mazākais rādiuss.
Gaismas krāsu secība no lielākā rādiusa līdz mazākajam rādiusam ir sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo, violeta.
Pareizā atbilde ir D.
11. Gaišās krāsas no eļļas slāņa uz ūdens virsmas rodas notikuma dēļ...
A. iejaukšanās
B. polarizācija
C. dispersi
D. difrakcija
Diskusija
Pareizā atbilde ir C.
