11 Contoh Gelombang Cahaya
Beri perhatian kepada pernyataan berikut:
(1) Gantikan grid dengan grid dengan bilangan garisan setiap milimeter yang lebih banyak.
(2) Cahaya yang jatuh dari biru ke kuning
(3) Tukar cahaya yang dipancarkan daripada merah kepada hijau
(4) Gerakkan skrin lebih dekat ke grid
Apakah yang termasuk dalam usaha untuk meningkatkan lebar jalur terang dalam eksperimen kekisi pembelauan ialah...
Perbincangan
Formula gangguan celah berganda (gangguan konstruktif):
Lebar celah (d) adalah sangat kecil berbanding jarak antara celah dan skrin (L) jadi sudutnya sangat kecil. Sudutnya sangat kecil sehingga nilai sin θ hampir dengan tangen θ.
sin θ ≈ tan θ = y / L
Maklumat:
y = lebar jalur terang, n = tertib, λ = panjang gelombang, L = jarak antara parutan dan skrin, d = lebar celah.
d = 1 / (4000 baris / cm) = 0,00025 cm
(1) Gantikan grid dengan grid dengan bilangan garisan setiap milimeter yang lebih banyak.
contoh:
d = 1 / (1000 baris / cm) = 0,001 cm
d = 1 / (2000 baris / cm) = 0,0005 cm
d = 1 / (3000 baris / cm) = 0,0003 cm
d = 1 / (4000 baris / cm) = 0,00025 cm
Berdasarkan pengiraan ini, jika bilangan garisan setiap milimeter lebih besar, maka lebar celah (d) adalah lebih kecil. Berdasarkan formula di atas, jika lebar celah (d) lebih kecil, maka lebar jalur terang (y) adalah lebih besar.
Kenyataan ini benar.
(2) Cahaya yang jatuh dari biru ke kuning
Cahaya biru mempunyai frekuensi yang lebih tinggi daripada cahaya kuning, begitu juga sebaliknya
Cahaya biru mempunyai panjang gelombang yang lebih kecil daripada cahaya kuning.
Jika cahaya dijatuhkan dari biru ke kuning, maka panjang gelombang menjadi lebih besar.
Berdasarkan formula di atas, jika panjang gelombang lebih besar, lebar jalur terang (y) adalah lebih besar.
Kenyataan ini benar.
(3) Tukar cahaya yang dipancarkan daripada merah kepada hijau
Lampu merah mempunyai frekuensi yang lebih rendah daripada lampu hijau, begitu juga sebaliknya
Cahaya merah mempunyai panjang gelombang yang lebih panjang daripada cahaya kuning.
Jika cahaya dijatuhkan dari merah ke hijau, maka panjang gelombang menjadi lebih kecil.
Berdasarkan formula di atas, jika panjang gelombang lebih kecil, lebar jalur terang (y) adalah lebih kecil.
Kenyataan ini salah.
(4) Gerakkan skrin lebih dekat ke grid
Menggerakkan skrin lebih dekat ke grid bermakna mengurangkan L. Berdasarkan formula di atas, jika jarak antara grid dan skrin (L) lebih kecil, lebar jalur terang (y) juga lebih kecil.
Kenyataan ini salah.
2. Pembelauan cahaya
Dalam satu eksperimen pembelauan cahaya menggunakan parutan 4.500 garisan cm -1 , pada skrin yang diletakkan pada jarak L dari parutan, jarak jalur terang peringkat kedua ialah 1 mm. Jika parutan yang digunakan digantikan dengan parutan lain yang mempunyai 5.400 garisan cm -1 , maka jarak jalur terang peringkat kedua yang diukur dari jalur terang pusat ialah...
A. 0,6 mm
B. 0,9 mm
C. 1,2 mm
D. 1,6 mm
E. 2,2 mm
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
d 1 = 1 / (4500 garisan / cm) = 1/4500 cm
n1 = 2
y1 = 1 mm = 0,1 cm
d 2 = 1 / (5400 garisan / cm) = 1/ 5400 cm
n2 = 2
Ditanya: y 2
Jawapan:
Formula gangguan celah berganda (gangguan konstruktif):
d sin θ = n λ
Lebar celah adalah sangat kecil berbanding jarak antara celah dan skrin jadi sudutnya sangat kecil. Sudutnya sangat kecil sehingga nilai sin theta hampir dengan tangen theta.
sin θ ≈ tan θ = y / L
d sin θ = n λ
d (y / L) = n λ
dy = n λ L
Penerangan:
d = lebar celah, y = jarak antara cahaya pusat dan cahaya tertib ke-n, n = tertib, λ = panjang gelombang, L = jarak antara parutan dan skrin.
Eksperimen 1:
d 1 y 1 = n 1 λ L
(1/4500)(0,1) = (2) λ L
0,1 / 4500 = (2) λ L
0,1 / (2)(4500) = λ L
0,1 / 9000 = λ L
Eksperimen 2:
d 2 y 2 = n 2 λ L
(1/5400)(y 2 ) = (2) λ L
y 2 / 5400 = (2) λ L
y 2 / (2)(5400) = λ L
y 2 / 10.800 = λ L
Panjang gelombang cahaya (λ) yang digunakan adalah sama dan jarak antara parutan dan skrin (L) juga sama.
λ L = λ L
0,1 / 9000 = y2 / 10.800
(0,1)(10.800) = (y 2 )(9000)
1080 = y2 ( 9000)
y2 = 1080 / 9000
y2 = 0,12 cm
y2 = 1,2 mm
Jawapan yang betul ialah C.
Gangguan Cahaya
3. Dua celah sempit yang dipisahkan oleh jarak 2 mm diterangi secara serenjang. Pada skrin yang berjarak 1 meter dari celah, garis terang keempat terbentuk, terletak 1 mm dari garis terang tengah. Panjang gelombang cahaya yang digunakan ialah…
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
E. 0,5 x 10 -6 m
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Jarak antara celah (d) = 2 mm = 2 x 10 -3 meter
Tertib (n) = 4
Jarak antara skrin dan jurang (l) = 1 meter
Jarak garisan terang ke-4 dari garisan terang tengah (y) = 1 mm = 1 x 10 -3 meter = 10 -3 meter
Soalan: Panjang gelombang cahaya ( λ)
Jawapan:
Formula gangguan celah berganda (gangguan konstruktif):
d sin θ = n λ
Jarak antara celah adalah lebih kecil daripada jarak antara celah dan skrin supaya sudutnya sangat kecil. Sudutnya sangat kecil supaya nilai sin θ adalah hampir dengan ta ngen θ.
Panjang gelombang cahaya ( λ):
Jawapan yang betul ialah E.
4. Dalam eksperimen Young, dua celah sempit telah digunakan, setiap satu berjarak 3 mm, dan satu skrin diletakkan 1 m dari celah tersebut. Jika cahaya keenam dihasilkan pada jarak 1 mm dari cahaya pusat, maka panjang gelombang cahaya yang digunakan ialah...
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
E. 24 x 10 -6 m
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Jarak antara celah (d) = 3 mm = 3 x 10 -3 meter
Tertib (n) = 6
Jarak antara skrin dan jurang (l) = 1 meter
Jarak garisan terang ke-6 dari garisan terang tengah (y) = 1 mm = 1 x 10 -3 meter = 10 -3 meter
Soalan: Panjang gelombang cahaya ( λ)
Jawapan:
Panjang gelombang cahaya ( λ):
Jawapan yang betul ialah A.
Ciri-ciri Gelombang Cahaya
5. Ciri-ciri gelombang:
(1) bentuk gelombang membujur
(2) boleh membiaskan
(3) boleh mengganggu
(4) boleh terkutub
(5) penyebarannya memerlukan medium
Pernyataan di atas yang merupakan ciri gelombang cahaya ialah nombor…
A. (1), (2) dan (3)
B. (1), (2) dan (4)
C. (1), (3) dan (5)
D. (2), (3) dan (4)
E. (2), (2) dan (5)
Perbincangan
Jawapan yang betul ialah D.
6. Soalan Peperiksaan Kebangsaan Fizik SMA/MA 2015/2016 No.29
Perhatikan pernyataan berikut!
(1) Boleh mengganggu
(2) Mengalami polarisasi
(3) Mengalami pembelauan
(4) Merayap tanpa medium
(5) Boleh dipantulkan
Pernyataan yang benar tentang sifat-sifat gelombang bunyi di atas adalah...
A. (1), (2), dan (3)
B. (1), (3), dan (5)
C. (1), (4), dan (5)
D. (2), (3), dan (4)
E. (3), (4), dan (5)
Perbincangan
(2) Polarisasi dialami oleh gelombang melintang. Gelombang bunyi ialah gelombang membujur.
(4) Gelombang yang merambat tanpa medium hanyalah gelombang elektromagnet, gelombang bunyi ialah gelombang mekanikal yang memerlukan medium untuk merambat.
Jawapan yang betul ialah B.
Kekisi Difraksi
7. Sebuah parutan pembelauan mempunyai 4.000 garisan setiap cm. Cahaya monokromatik disinari ke atas parutan dan menghasilkan garisan terang peringkat kedua. Jika sudut sisihan ialah 30 ° , maka panjang gelombang cahaya ialah… (1 Å = 10 -10 m)
A. 8.000 Å
B. 6.250 Å
C. 5.000 Å
D. 4.500 Å
E. 4.000 Å
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Pemalar kekisi (d) = 1 / (4000 baris / cm) = 0,00025 cm = 2,5 x 10 -4 cm = 2,5 x 10 -6 meter
Tertib (n) = 2
sin 30 o = 0,5
1 Å = 10 -10 m
Soalan: Panjang gelombang cahaya (λ)
Jawapan:
Jawapan yang betul ialah B.
8. Satu pancaran cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 2.5 10 -7 m mengenai kekisi yang terdiri daripada 10.000 calar/cm. Apakah sudut untuk garis terang peringkat kedua?
A. 30 o
B. 37 o
C. 45 o
D. 53 o
E. 60 o
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Pemalar kekisi (d) = 1 / (10.000 baris / cm) = 0,0001 cm = 1 x 10 -4 cm = 1 x 10 -6 meter
Tertib (n) = 2
Panjang gelombang cahaya (λ) = 2,5 x 10 -7 meter
Ditanya: Sudut (θ)
Jawapan:
Jawapan yang betul ialah A.
9. Gangguan celah berganda
Seberkas cahaya kuning dijatuhkan pada dua celah, menyebabkan gangguan yang boleh dilihat pada skrin. Daripada pernyataan berikut:
(1) Jalur terang akan menjadi lebih lebar jika cahaya kuning digantikan dengan biru
(2) Jalur terang akan menjadi lebih lebar jika jarak antara celah dikurangkan.
( 3) Semakin jauh dari cahaya pusat, semakin kecil keamatannya.
(4) semakin jauh dari cahaya pusat, keamatannya kekal malar.
Pernyataan yang betul ialah…
A. (1), (3) dan (4)
B. (1) dan (3) sahaja
C. (1) dan (4) sahaja
D. (2) dan (3) sahaja
E. (2) dan (4) sahaja
Perbincangan
Jarak antara celah adalah lebih kecil daripada jarak antara celah dan skrin supaya sudutnya sangat kecil. Sudutnya sangat kecil supaya nilai sin θ adalah hampir dengan ta ngen θ.
Formula gangguan celah berganda (gangguan konstruktif)
Penerangan:
d = jarak antara celah, y = jarak garis terang ke-n dari garis terang tengah, l = jarak antara skrin dan celah, n = tertib, λ = p panjang gelombang cahaya.
(1) Jalur terang akan menjadi lebih lebar jika cahaya kuning digantikan dengan biru
Berdasarkan formula ini, bilangan garis terang (n) adalah berkadar songsang dengan panjang gelombang ( λ). Jika panjang gelombang lebih kecil, bilangan garis terang (n) adalah lebih besar. Cahaya kuning mempunyai panjang gelombang yang lebih panjang (frekuensi lebih rendah) daripada cahaya biru. Jika cahaya kuning digantikan dengan cahaya biru, panjang gelombang adalah lebih kecil, jadi bilangan garis terang (n) adalah lebih besar.
Kenyataan ini benar.
(2) Jalur terang akan menjadi lebih lebar jika jarak antara celah dikurangkan.
Berdasarkan formula di atas, jarak antara celah (d) adalah berkadar terus dengan bilangan garis terang (n). Jika jarak antara celah dikurangkan, bilangan garis terang (n) akan berkurangan.
Kenyataan ini salah.
(3) Semakin jauh dari cahaya pusat, semakin kecil keamatannya.
Keamatan berkaitan dengan tahap kecerahan. Keamatan berkadar songsang dengan jarak; semakin besar jarak, semakin rendah keamatan (semakin malap cahaya).
Kenyataan ini benar.
(4) Semakin jauh dari cahaya pusat, keamatannya kekal malar.
Kenyataan ini salah.
Jawapan yang betul ialah B.
10. Seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 5.10 -7 m dihalakan serenjang dengan jeriji. Jika jarak antara skrin dan jeriji ialah 2 m dan cahaya peringkat ketiga berlaku pada skrin pada jarak 150 cm dari cahaya pusat, maka jarak antara celah ialah….
- 4.10-6 m
- 3.10-6 m
- 2.10-6 m
- 3.10-7 m
- 2.10-7 m
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Panjang gelombang (λ) = 5 x 10-7 meter
l = 2 meter
n = 3
y = 150 cm = 1,5 meter
Ditanya: pemalar kekisi
Jawapan:
sin θ ≈ tan θ = y / l = 1,5 / 2 = 0,75 = 75 x 10 -2
Jarak antara jurang:
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) meter
d = (0,2)(10-5) meter
d = 2.10-6 meter
Jawapan yang betul ialah C.
11. Sebatang pancaran cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 500 nm (1 nano = 10 -9 ) datang serenjang dengan parutan . Jika cahaya keempat membentuk sudut sisihan 30 o , bilangan garisan setiap cm parutan ialah….
- 3000
- 2500
- 1250
- 1000
- 250
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Panjang gelombang (λ) = 500.10-9 meter = 5.10-7 meter
θ = 30o
n = 4
Ditanya: bilangan garisan setiap cm grid
Jawapan:
Jarak antara jurang:
d sin θ = n λ
d (dosa 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 meter
Bilangan garisan setiap cm grid:
x = 1/4.10-6 meter
x = 0,25.106 talian / meter
x = 0,25.106 baris / 102 cm
x = 0,25.104 garisan / cm
x = 25.102 garisan / cm
x = 2500 baris / cm
Jawapan yang betul ialah B.
Sumber Soalan:
Soalan UN Fizik SMA/MA 2015/2016
