11 voorbeelden van lichtgolven
Let op de volgende uitspraken:
(1) Vervang het raster door een raster met een groter aantal lijnen per millimeter.
(2) Licht dat van blauw naar geel valt
(3) Verander het uitgezonden licht van rood naar groen
(4) Plaats het scherm dichter bij het raster
Wat wordt er precies bedoeld met de poging om de breedte van de heldere band in het diffractierooster-experiment te vergroten?
Discussie
Interferentieformule voor dubbele spleten (constructieve interferentie):
De breedte van de spleet (d) is erg klein in vergelijking met de afstand tussen de spleet en het scherm (L), waardoor de hoek erg klein is. De hoek is zo klein dat de waarde van sin θ dicht bij tangens θ ligt.
sin θ ≈ tan θ = y / L
Opmerkingen:
y = breedte van de heldere band, n = orde, λ = golflengte, L = afstand tussen het rooster en het scherm, d = breedte van de spleet.
d = 1 / (4000 lijnen / cm) = 0,00025 cm
(1) Vervang het raster door een raster met een groter aantal lijnen per millimeter.
Conto:
d = 1 / (1000 lijnen / cm) = 0,001 cm
d = 1 / (2000 lijnen / cm) = 0,0005 cm
d = 1 / (3000 lijnen / cm) = 0,0003 cm
d = 1 / (4000 lijnen / cm) = 0,00025 cm
Op basis van deze berekening geldt dat als het aantal lijnen per millimeter groter is, de breedte van de spleet (d) kleiner is. Volgens de bovenstaande formule geldt dat als de breedte van de spleet (d) kleiner is, de breedte van de heldere band (y) groter is.
Deze bewering is waar.
(2) Licht dat van blauw naar geel valt
Blauw licht heeft een hogere frequentie dan geel licht, en omgekeerd.
Blauw licht heeft een kleinere golflengte dan geel licht.
Als licht van blauw naar geel wordt omgezet, wordt de golflengte groter.
Volgens de bovenstaande formule geldt dat hoe groter de golflengte, hoe groter de breedte van de heldere band (y).
Deze bewering is waar.
(3) Verander het uitgezonden licht van rood naar groen
Rood licht heeft een lagere frequentie dan groen licht, en omgekeerd.
Rood licht heeft een langere golflengte dan geel licht.
Als licht van rood naar groen wordt omgezet, wordt de golflengte kleiner.
Volgens de bovenstaande formule geldt dat als de golflengte kleiner is, de breedte van de heldere band (y) ook kleiner is.
Deze bewering is onjuist.
(4) Plaats het scherm dichter bij het raster
Door het scherm dichter bij het raster te plaatsen, wordt L kleiner. Volgens de bovenstaande formule geldt dat als de afstand tussen het raster en het scherm (L) kleiner is, de breedte van de heldere band (y) ook kleiner is.
Deze bewering is onjuist.
2. Lichtdiffractie
Bij een lichtdiffractie-experiment met een rooster van 4.500 lijnen/ cm⁻¹ , op een scherm geplaatst op een afstand L van het rooster, is de afstand van de tweede-orde heldere band 1 mm. Als het gebruikte rooster wordt vervangen door een ander rooster met 5.400 lijnen/ cm⁻¹ , dan is de afstand van de tweede-orde heldere band, gemeten vanaf de centrale heldere band...
A. 0,6 mm
B. 0,9 mm
C. 1,2 mm
D. 1,6 mm
E. 2,2 mm
Discussie
Het is bekend dat:
d 1 = 1 / (4500 lijnen / cm) = 1/4500 cm
n 1 = 2
y 1 = 1 mm = 0,1 cm
d 2 = 1 / (5400 lijnen / cm) = 1/ 5400 cm
n 2 = 2
Gevraagd: y 2
Antwoord :
Interferentieformule voor dubbele spleten (constructieve interferentie):
d sin θ = n λ
De breedte van de spleet is erg klein in vergelijking met de afstand tussen de spleet en het scherm, waardoor de hoek erg klein is. De hoek is zo klein dat de waarde van sin θ dicht bij tangens θ ligt.
sin θ ≈ tan θ = y / L
d sin θ = n λ
d (y / L) = n λ
dy = n λ L
Informatie :
d = spleetbreedte, y = afstand tussen het centrale licht en het licht van de n-de orde, n = orde, λ = golflengte, L = afstand tussen het rooster en het scherm.
Experiment 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
Experiment 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
De golflengte van het gebruikte licht (λ) is gelijk en de afstand tussen het rooster en het scherm (L) is ook gelijk.
λ L = λ L
0,1 / 9000 = y² / 10.800
(0,1)(10.800) = (y 2 )(9000)
1080 = y 2 (9000)
y 2 = 1080 / 9000
y 2 = 0,12 cm
y 2 = 1,2 mm
Het juiste antwoord is C.
Lichtinterferentie
3. Twee smalle spleten met een tussenafstand van 2 mm worden loodrecht op elkaar verlicht. Op een scherm op 1 meter afstand van de spleten ontstaat een vierde heldere lijn, op 1 mm afstand van de centrale heldere lijn. De golflengte van het gebruikte licht is…
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
Discussie
Het is bekend dat:
Afstand tussen spleten (d) = 2 mm = 2 x 10⁻³ meter
Volgorde (n) = 4
Afstand tussen scherm en opening (l) = 1 meter
Afstand van de 4e heldere lijn tot de centrale heldere lijn (y) = 1 mm = 1 x 10⁻³ meter = 10⁻³ meter
Vraag: Golflengte van licht ( λ)
Antwoord :
Interferentieformule voor dubbele spleten (constructieve interferentie):
d sin θ = n λ
De afstand tussen de spleten is kleiner dan de afstand tussen de spleten en het scherm, waardoor de hoek erg klein is. Omdat de hoek zo klein is, ligt de waarde van sin θ dicht bij tangen θ.
Golflengte van licht ( λ):
Het juiste antwoord is E.
4. In het experiment van Young werden twee smalle spleten gebruikt, elk 3 mm van elkaar verwijderd, en een scherm werd op 1 m afstand van de spleten geplaatst. Als het zesde licht wordt geproduceerd op een afstand van 1 mm van het centrale licht, dan is de golflengte van het gebruikte licht...
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
Discussie
Het is bekend dat:
Afstand tussen spleten (d) = 3 mm = 3 x 10⁻³ meter
Volgorde (n) = 6
Afstand tussen scherm en opening (l) = 1 meter
Afstand van de 6e heldere lijn tot de centrale heldere lijn (y) = 1 mm = 1 x 10⁻³ meter = 10⁻³ meter
Vraag: Golflengte van licht ( λ)
Antwoord :
Golflengte van licht ( λ):
Het juiste antwoord is A.
Kenmerken van lichtgolven
5. Kenmerken van golven:
(1) longitudinale golfvorm
(2) kan breken
(3) kan interfereren
(4) kan gepolariseerd worden
(5) de voortplanting ervan vereist een medium
De bovenstaande bewering, die een kenmerk is van lichtgolven, is het aantal...
A. (1), (2) en (3)
B. (1), (2) en (4)
C. (1), (3) en (5)
D. (2), (3) en (4)
E. (2), (2) en (5)
Discussie
Het juiste antwoord is D.
6. Nationale examenopgave natuurkunde SMA/MA 2015/2016, vraag 29
Let goed op de volgende verklaring!
(1) Kan interfereren
(2) Polarisatie ervaren
(3) Het ervaren van diffractie
(4) Kruipen zonder medium
(5) Kan worden weerspiegeld
De correcte bewering hierboven over de eigenschappen van geluidsgolven is...
A. (1), (2) en (3)
B. (1), (3) en (5)
C. (1), (4) en (5)
D. (2), (3) en (4)
E. (3), (4) en (5)
Discussie
(2) Transversale golven ondervinden polarisatie. Geluidsgolven zijn longitudinale golven.
(4) Golven die zich zonder medium voortplanten zijn alleen elektromagnetische golven; geluidsgolven zijn mechanische golven die een medium nodig hebben om zich voort te planten.
Het juiste antwoord is B.
Diffractierooster
7. Een diffractierooster heeft 4.000 lijnen per cm. Monochromatisch licht wordt op het rooster geschenen en produceert een heldere lijn van de tweede orde. Als de afbuigingshoek 30 ° is , dan is de golflengte van het licht… (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
Discussie
Het is bekend dat:
Roosterconstante (d) = 1 / (4000 lijnen / cm) = 0,00025 cm = 2,5 x 10⁻⁴ cm = 2,5 x 10⁻⁶ meter
Volgorde (n) = 2
sin 30 ° = 0,5
1 Å = 10⁻¹⁰ m
Vraag: Golflengte van licht (λ)
Antwoord :
Het juiste antwoord is B.
8. Een bundel monochromatisch licht met een golflengte van 2,5.10 × 7⁻⁷ m valt op een rooster bestaande uit 10.000 krassen/cm. Wat is de hoek voor de tweede-orde heldere lijn?
A. 30 o
B. 37 o
C. 45 o
D. 53 o
E. 60 o
Discussie
Het is bekend dat:
Roosterconstante (d) = 1 / (10.000 lijnen / cm) = 0,0001 cm = 1 x 10⁻⁴ cm = 1 x 10⁻⁶ meter
Volgorde (n) = 2
Golflengte van licht (λ) = 2,5 x 10⁻⁷ meter
Gevraagd: Hoek (θ)
Antwoord :
Het juiste antwoord is A.
9. Dubbele spleetinterferentie
Een gele lichtbundel valt op twee spleten, waardoor zichtbare interferentie op het scherm ontstaat. Uit de volgende verklaring:
(1) De heldere band wordt breder als geel licht wordt vervangen door blauw licht
(2) De heldere band wordt breder als de afstand tussen de spleten kleiner wordt.
( 3) Hoe verder van het centrale licht, hoe kleiner de intensiteit.
(4) Hoe verder van het centrale licht de intensiteit blijft, hoe constanter deze blijft.
De correcte bewering is…
A. (1), (3) en (4)
B. (1) en (3) alleen
C. (1) en (4) alleen
D. (2) en (3) alleen
E. (2) en (4) alleen
Discussie
De afstand tussen de spleten is kleiner dan de afstand tussen de spleten en het scherm, waardoor de hoek erg klein is. Omdat de hoek zo klein is, ligt de waarde van sin θ dicht bij tangen θ.
Interferentieformule voor dubbele spleten (constructieve interferentie)
Informatie :
d = afstand tussen de spleten, y = afstand van de n-de heldere lijn tot de centrale heldere lijn, l = afstand tussen het scherm en de spleet, n = orde, λ = p golflengte van het licht.
(1) De heldere band wordt breder als geel licht wordt vervangen door blauw licht
Volgens deze formule is het aantal heldere lijnen (n) omgekeerd evenredig met de golflengte ( λ). Als de golflengte kleiner is, is het aantal heldere lijnen (n) groter. Geel licht heeft een langere golflengte (lagere frequentie) dan blauw licht. Als geel licht wordt vervangen door blauw licht, is de golflengte kleiner, dus is het aantal heldere lijnen (n) groter.
Deze bewering is waar.
(2) De heldere band wordt breder als de afstand tussen de spleten kleiner wordt.
Op basis van de bovenstaande formule is de afstand tussen de spleten (d) recht evenredig met het aantal heldere lijnen (n). Als de afstand tussen de spleten kleiner wordt, zal het aantal heldere lijnen (n) afnemen.
Deze bewering is onjuist.
(3) Hoe verder van het centrale licht, hoe kleiner de intensiteit.
Intensiteit is gerelateerd aan de helderheid. Intensiteit is omgekeerd evenredig met de afstand; hoe groter de afstand, hoe lager de intensiteit (hoe zwakker het licht).
Deze bewering is waar.
(4) Hoe verder van het centrale licht de intensiteit blijft, hoe constanter deze blijft.
Deze bewering is onjuist.
Het juiste antwoord is B.
10. Een bundel monochromatisch licht met een golflengte van 5 × 10⁻⁷ m wordt loodrecht op het rooster gericht. Als de afstand tussen het scherm en het rooster 2 m is en er een derde-orde lichtbundel op het scherm verschijnt op een afstand van 150 cm van de centrale lichtbundel, dan is de afstand tussen de spleten….
- 4.10-6 m
- 3.10-6 m
- 2.10-6 m
- 3.10-7 m
- 2.10-7 m
Discussie
Het is bekend dat:
Golflengte (λ) = 5 x 10-7 meter
l = 2 meter
n = 3
y = 150 cm = 1,5 meter
Gevraagd: roosterconstante
Antwoord :
sin θ ≈ tan θ = y / l = 1,5 / 2 = 0,75 = 75 x 10 -2
Afstand tussen de openingen:
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) meters
d = (0,2)(10-5) meters
d = 2.10-6 meter
Het juiste antwoord is C.
11. Een bundel monochromatisch licht met een golflengte van 500 nm (1 nano = 10⁻⁹ ) valt loodrecht op het rooster . Als het vierde licht een afbuigingshoek van 30 ° vormt , is het aantal lijnen per cm van het rooster...
- 3000
- 2500
- 1250
- 1000
- 250
Discussie
Het is bekend dat:
Golflengte (λ) = 500.10-9 meter = 5.10-7 meter
θ = 30o
n = 4
Gevraagd: aantal lijnen per cm raster
Antwoord :
Afstand tussen de openingen:
d sin θ = n λ
d (sin 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
Aantal lijnen per cm raster:
X = 1/4.10-6 meter
x = 0,25.106 lijn / meter
x = 0,25.106 regel / 102 cm
x = 0,25.104 lijn / cm
x = 25.102 lijn / cm
x = 2500 lijnen/cm
Het juiste antwoord is B.
Bron van de vraag:
2015/2016 SMA/MA Natuurkunde VN-vragen
