11 przykładów fal świetlnych
Zwróć uwagę na następujące stwierdzenia:
(1) Zastąp siatkę siatką o większej liczbie linii na milimetr.
(2) Światło, które pada z niebieskiego na żółty
(3) Zmień emitowane światło z czerwonego na zielone
(4) Przesuń ekran bliżej siatki
Na czym polega wysiłek mający na celu zwiększenie szerokości jasnego pasma w eksperymencie z siatką dyfrakcyjną?
Pembahasan
Wzór na interferencję dwuszczelinową (interferencja konstruktywna):
Szerokość szczeliny (d) jest bardzo mała w porównaniu z odległością między szczeliną a ekranem (L), co powoduje, że kąt jest bardzo mały. Kąt jest tak mały, że wartość sin θ jest bliska tangensowi θ.
sin θ ≈ tan θ = y / L
Informacja:
y = szerokość jasnego pasma, n = rząd, λ = długość fali, L = odległość między kratką a ekranem, d = szerokość szczeliny.
d = 1 / (4000 linii / cm) = 0,00025 cm
(1) Zastąp siatkę siatką o większej liczbie linii na milimetr.
Konto:
d = 1 / (1000 linii / cm) = 0,001 cm
d = 1 / (2000 linii / cm) = 0,0005 cm
d = 1 / (3000 linii / cm) = 0,0003 cm
d = 1 / (4000 linii / cm) = 0,00025 cm
Z tego obliczenia wynika, że im większa liczba linii na milimetr, tym mniejsza jest szerokość szczeliny (d). Z powyższego wzoru wynika, że im mniejsza jest szerokość szczeliny (d), tym większa jest szerokość jasnego pasma (y).
To stwierdzenie jest prawdziwe.
(2) Światło, które pada z niebieskiego na żółty
Światło niebieskie ma większą częstotliwość niż światło żółte i odwrotnie
Światło niebieskie ma mniejszą długość fali niż światło żółte.
Jeżeli światło przesunie się z barwy niebieskiej do żółtej, długość fali się zwiększy.
Na podstawie powyższego wzoru można stwierdzić, że im większa długość fali, tym większa jest szerokość jasnego pasma (y).
To stwierdzenie jest prawdziwe.
(3) Zmień emitowane światło z czerwonego na zielone
Czerwone światło ma niższą częstotliwość niż zielone światło i odwrotnie
Światło czerwone ma dłuższą długość fali niż światło żółte.
Jeżeli przesuniemy światło z czerwonego na zielony, długość fali się zmniejszy.
Na podstawie powyższego wzoru można stwierdzić, że im mniejsza jest długość fali, tym mniejsza jest szerokość jasnego pasma (y).
To stwierdzenie jest błędne.
(4) Przesuń ekran bliżej siatki
Przesunięcie ekranu bliżej siatki oznacza zmniejszenie L. Zgodnie z powyższym wzorem, im mniejsza jest odległość między siatką a ekranem (L), tym mniejsza jest szerokość jasnego pasma (y).
To stwierdzenie jest błędne.
2. Dyfrakcja światła
W eksperymencie dyfrakcji światła z użyciem siatki dyfrakcyjnej o gęstości 4.500 linii/cm -1 , na ekranie umieszczonym w odległości L od siatki, odległość jasnego pasma drugiego rzędu wynosi 1 mm. Jeśli siatkę dyfrakcyjną zastąpimy inną siatką o gęstości 5.400 linii/cm -1 , odległość jasnego pasma drugiego rzędu mierzona od centralnego jasnego pasma wynosi...
A. 0,6 mm
B. 0,9 mm
C. 1,2 mm
Średnica 1,6 mm
E. 2,2 mm
Pembahasan
Wiadomo, że:
d 1 = 1 / (4500 linii / cm) = 1/4500 cm
n1 = 2
y 1 = 1 mm = 0,1 cm
d 2 = 1 / (5400 linii / cm) = 1/ 5400 cm
n2 = 2
Zapytano: y 2
Jawab:
Wzór na interferencję dwuszczelinową (interferencja konstruktywna):
d sin θ = n λ
Szerokość szczeliny jest bardzo mała w porównaniu z odległością między szczeliną a ekranem, więc kąt jest bardzo mały. Kąt jest tak mały, że wartość sin theta jest bliska tangens theta.
sin θ ≈ tan θ = y / L
d sin θ = n λ
d (y / L) = n λ
dy = n λ L
Keterangan:
d = szerokość szczeliny, y = odległość między światłem centralnym a światłem n-tego rzędu, n = rząd, λ = długość fali, L = odległość między kratą a ekranem.
Eksperyment 1:
d1y1 = n1λL
(1/4500)(0,1) = (2) λ L
0,1 / 4500 = (2) λ L
0,1 / (2)(4500) = λ L
0,1 / 9000 = λ L
Eksperyment 2:
d2y2 = n2λL
(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
Długość fali światła (λ) jest taka sama, a odległość między kratką a ekranem (L) jest również taka sama.
λL = λL
0,1 / 9000 = y 2 / 10 800
(0,1)(10 800) = (y 2 )(9000)
1080 = y 2 (9000)
y2 = 1080 / 9000
y2 = 0,12 cm
y2 = 1,2 mm
Prawidłowa odpowiedź to C.
Interferencja światła
3. Dwie wąskie szczeliny oddalone od siebie o 2 mm są oświetlane prostopadle. Na ekranie oddalonym o 1 metr od szczelin tworzy się czwarta jasna linia, położona 1 mm od centralnej jasnej linii. Długość fali użytego światła wynosi…
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
Pembahasan
Wiadomo, że:
Odległość między szczelinami (d) = 2 mm = 2 x 10 -3 metrów
Rząd (n) = 4
Odległość między ekranem a szczeliną (l) = 1 metr
Odległość 4 jasnej linii od centralnej jasnej linii (y) = 1 mm = 1 x 10 -3 metrów = 10 -3 metrów
Pytanie: Długość fali światła ( λ)
Jawab:
Wzór na interferencję dwuszczelinową (interferencja konstruktywna):
d sin θ = n λ
Odległość między szczelinami jest mniejsza niż odległość między szczelinami a ekranem, więc kąt jest bardzo mały. Kąt jest bardzo mały, więc wartość sin θ jest bliska tangensowi θ.
Długość fali światła ( λ):
Prawidłowa odpowiedź to E.
4. W eksperymencie Younga zastosowano dwie wąskie szczeliny, każdą w odległości 3 mm od siebie, a ekran umieszczono w odległości 1 m od szczelin. Jeśli szóste światło jest emitowane w odległości 1 mm od światła centralnego, to długość fali użytego światła wynosi...
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
Pembahasan
Wiadomo, że:
Odległość między szczelinami (d) = 3 mm = 3 x 10 -3 metrów
Rząd (n) = 6
Odległość między ekranem a szczeliną (l) = 1 metr
Odległość 6 jasnej linii od centralnej jasnej linii (y) = 1 mm = 1 x 10 -3 metrów = 10 -3 metrów
Pytanie: Długość fali światła ( λ)
Jawab:
Długość fali światła ( λ):
Prawidłowa odpowiedź to A.
Charakterystyka fal świetlnych
5. Charakterystyka fal:
(1) forma fali podłużnej
(2) może załamywać światło
(3) może zakłócać
(4) można spolaryzować
(5) do jego rozmnażania potrzebne jest medium
Powyższe stwierdzenie, które jest charakterystyczne dla fal świetlnych, to liczba…
A. (1), (2) i (3)
B. (1), (2) i (4)
C. (1), (3) i (5)
D. (2), (3) i (4)
E. (2), (2) i (5)
Pembahasan
Prawidłowa odpowiedź to D.
6. 2015/2016 Pytanie nr 29 z egzaminu krajowego SMA/MA z fizyki
Zwróć uwagę na następujące stwierdzenie!
(1) Może zakłócać
(2) Doświadczanie polaryzacji
(3) Doświadczanie dyfrakcji
(4) Pnącze bez podłoża
(5) Można odbić
Prawidłowe stwierdzenie powyżej dotyczące właściwości fal dźwiękowych to...
A. (1), (2) i (3)
B. (1), (3) i (5)
C. (1), (4) i (5)
D. (2), (3) i (4)
E. (3), (4) i (5)
Pembahasan
(2) Polaryzacja jest zjawiskiem występującym w przypadku fal poprzecznych. Fale dźwiękowe są falami podłużnymi.
(4) Fale, które rozchodzą się bez ośrodka, to tylko fale elektromagnetyczne, fale dźwiękowe to fale mechaniczne, które do rozchodzenia się wymagają ośrodka.
Prawidłowa odpowiedź to B.
Siatka dyfrakcyjna
7. Siatka dyfrakcyjna ma 4.000 linii na cm. Światło monochromatyczne padające na siatkę tworzy jasną linię drugiego rzędu. Jeśli kąt odchylenia wynosi 30 ° , długość fali światła wynosi… (1 Å = 10 -10 m)
A. 8.000 Å
B. 6.250 Å
ok. 5.000 Å
D. 4.500 Å
E. 4.000 Å
Pembahasan
Wiadomo, że:
Stała sieci (d) = 1 / (10 000 linii / cm) = 0,00025 cm = 2,5 x 10 -4 cm = 2,5 x 10 -6 metrów
Rząd (n) = 2
sin 30 o = 0,5
1 Å = 10 -10 m
Pytanie: Długość fali światła (λ)
Jawab:
Prawidłowa odpowiedź to B.
8. Wiązka światła monochromatycznego o długości fali 2,5 10-7 m pada na siatkę o gęstości 10 000 rys/cm. Jaki jest kąt dla jasnej linii drugiego rzędu?
A. 30 o
B. 37 o
C.45 o
D.53 o
E. 60 o
Pembahasan
Wiadomo, że:
Stała sieci (d) = 1 / (10 000 linii / cm) = 0,0001 cm = 1 x 10 -4 cm = 1 x 10 -6 metrów
Rząd (n) = 2
Długość fali światła (λ) = 2,5 x 10 -7 metrów
Zapytano: Kąt (θ)
Jawab:
Prawidłowa odpowiedź to A.
9. Interferencja podwójnej szczeliny
Wiązka żółtego światła pada na dwie szczeliny, powodując widoczną interferencję na ekranie. Z poniższego stwierdzenia:
(1) Jasny pas stanie się szerszy, jeśli żółte światło zostanie zastąpione niebieskim
(2) Jasny pas stanie się szerszy, jeśli odległość między szczelinami zostanie zmniejszona.
( 3) Im dalej od centralnego światła, tym mniejsze natężenie.
(4) im dalej od centralnego światła, tym natężenie pozostaje stałe.
Prawidłowe stwierdzenie to…
A. (1), (3) i (4)
B. Tylko (1) i (3)
C. Tylko (1) i (4)
D. Tylko (2) i (3)
Tylko E. (2) i (4)
Pembahasan
Odległość między szczelinami jest mniejsza niż odległość między szczelinami a ekranem, więc kąt jest bardzo mały. Kąt jest bardzo mały, więc wartość sin θ jest bliska tangensowi θ.
Wzór na interferencję dwuszczelinową (interferencja konstruktywna)
Keterangan:
d = odległość między szczelinami, y = odległość n-tej jasnej linii od centralnej jasnej linii, l = odległość między ekranem a szczeliną, n = rząd, λ = p długość fali światła.
(1) Jasny pas stanie się szerszy, jeśli żółte światło zostanie zastąpione niebieskim
Zgodnie z tym wzorem, liczba jasnych linii (n) jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali ( λ). Im mniejsza długość fali, tym większa liczba jasnych linii (n). Światło żółte ma dłuższą długość fali (niższą częstotliwość) niż światło niebieskie. Jeśli światło żółte zostanie zastąpione światłem niebieskim, długość fali będzie mniejsza, a zatem liczba jasnych linii (n) będzie większa.
To stwierdzenie jest prawdziwe.
(2) Jasny pas stanie się szerszy, jeśli odległość między szczelinami zostanie zmniejszona.
Zgodnie z powyższym wzorem, odległość między szczelinami (d) jest wprost proporcjonalna do liczby jasnych linii (n). Jeśli odległość między szczelinami się zmniejszy, liczba jasnych linii (n) zmniejszy się.
To stwierdzenie jest błędne.
(3) Im dalej od centralnego światła, tym mniejsze natężenie.
Intensywność jest związana z poziomem jasności. Intensywność jest odwrotnie proporcjonalna do odległości: im większa odległość, tym niższa intensywność (tym słabsze światło).
To stwierdzenie jest prawdziwe.
(4) Im dalej od centralnego światła, tym intensywność pozostaje stała.
To stwierdzenie jest błędne.
Prawidłowa odpowiedź to B.
10. Wiązka światła monochromatycznego o długości fali 5.10-7 m jest skierowana prostopadle do siatki dyfrakcyjnej. Jeżeli odległość między ekranem a siatką dyfrakcyjną wynosi 2 m, a światło trzeciego rzędu pada na ekran w odległości 150 cm od światła centralnego, to odległość między szczelinami wynosi….
- 4.10-6 m
- 3.10-6 m
- 2.10-6 m
- 3.10-7 m
- 2.10-7 m
Pembahasan
Wiadomo, że:
Długość fali (λ) = 5 x 10-7 metr
l = 2 metry
n = 3
y = 150 cm = 1,5 metra
Zapytano: stała sieci
Jawab:
grzech θ ≈ tan θ = y / l = 1,5 / 2 = 0,75 = 75 x 10 -2
Odległość między przerwami:
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) metrów
d = (0,2)(10-5) metrów
d = 2.10-6 metr
Prawidłowa odpowiedź to C.
11. Wiązka światła monochromatycznego o długości fali 500 nm (1 nano = 10-9 ) pada prostopadle na kratkę . Jeśli czwarte światło tworzy kąt odchylenia 30 ° , liczba linii na cm kratki wynosi….
- 3000
- 2500
- 1250
- 1000
- 250
Pembahasan
Wiadomo, że:
Długość fali (λ) = 500.10-9 metrów = 5.10-7 metr
= 30o
n = 4
Zapytano: liczba linii na cm siatki
Jawab:
Odległość między przerwami:
d sin θ = n λ
d (grzech 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 metr
Liczba linii na cm siatki:
x = 1 / 4.10-6 metr
x = 0,25.106 linia / metr
x = 0,25.106 linia / 102 cm
x = 0,25.104 linia / cm
x = 25.102 linia / cm
x = 2500 linii/cm
Prawidłowa odpowiedź to B.
Źródło pytania:
2015/2016 SMA/MA Fizyka Pytania ONZ
