Exemple de întrebări și formule pentru undele luminoase în optica fizică
Caracteristicile luminii
1. Lumina este o undă electromagnetică, prin urmare lumina….
A. Nu experimentează reflexia
B. Nu experimentează refracție
C. Nu necesită un mediu de propagare
D. Nu transportă energie în propagarea sa
Pembahasan
Lumina este o undă, prin urmare, suferă reflexie, refracție și transportă energie în timpul propagării sale, la fel ca alte unde. Lumina este o undă electromagnetică, deci nu necesită un mediu pentru propagare.
Răspunsul corect este C.
2. Acordați atenție următoarei afirmații:
1. Lumina se mișcă în linie dreaptă
2. Lumina este o undă electromagnetică
3. Lumina poate fi absorbită
4. Lumina poartă o sarcină electrică
Afirmația corectă privind proprietățile luminii este...
A. doar afirmația 1
B. afirmațiile 1 și 2
C. afirmațiile 1, 2 și 3
D. toate afirmațiile sunt adevărate
Pembahasan
1. Lumina se mișcă în linie dreaptă.
Această afirmație este adevărată deoarece, deși lumina se mișcă precum o undă transversală, traiectoria luminii este o linie dreaptă. În domeniul opticii geometrice (reflecția și refracția luminii), lumina este reprezentată ca o rază a cărei traiectorie de mișcare este o linie dreaptă.
2. Lumina este o undă electromagnetică:
Această afirmație este adevărată deoarece lumina este o undă electromagnetică, în care propagarea luminii nu necesită un mediu.
3. Lumina poate fi absorbită:
Această afirmație este adevărată. Lumina este un tip de undă electromagnetică. Toate undele, atât mecanice, cât și electromagnetice, transportă energie pe măsură ce se deplasează dintr-o locație în alta. Prin urmare, o parte din energia luminii poate fi absorbită de mediul prin care trece. De exemplu, când lumina se deplasează spre o oglindă plană, cea mai mare parte a luminii este reflectată, dar o mică parte este absorbită de oglindă.
4. Lumina poartă o sarcină electrică:
Această afirmație este falsă. Lumina este o undă electromagnetică, iar undele electromagnetice sunt produse de câmpuri electrice și magnetice oscilante. Undele electromagnetice sunt emise de sarcini electrice accelerate.
Răspunsul corect este C.
Reflexie perfectă
3. Imaginea din dreapta prezintă o piatră de diamant pentru bijuterii care este foarte scumpă deoarece lumina reflectată de diamant este atât de strălucitoare. Acest fenomen este cauzat de…
A. refracție perfectă, unde lumina intră dintr-un mediu mai puțin dens într-un mediu mai dens
B. refracție perfectă unde unghiul de incidență este mai mic decât unghiul limită
C. reflexie perfectă, unde lumina vine dintr-un mediu mai puțin dens într-un mediu mai dens
D. reflexie perfectă unde unghiul de incidență este mai mare decât unghiul limită
Pembahasan
Lumina unui diamant pare să strălucească datorită dispersiei luminii și reflexiei perfecte. Reflexia perfectă are loc atunci când lumina se deplasează dintr-un mediu cu un indice de refracție mai mare într-unul cu un indice de refracție mai mic. De exemplu, lumina se deplasează de la diamant (cu un indice de refracție mai mare) la aer (cu un indice de refracție mai mic). Pentru a înțelege mai bine acest lucru, examinați imaginea de mai jos.
Când lumina se deplasează dintr-un mediu cu un indice de refracție mare într-un mediu cu un indice de refracție mic, lumina este curbată în direcția opusă normalei. Dacă unghiul de incidență (i) este mai mare, atunci unghiul de refracție (r) este mai mare. La un anumit unghi de incidență, unghiul de refracție este de 90°. Unghiul de incidență atunci când unghiul de refracție este de 90° se numește unghi critic (θk) sau unghi limită. Dacă unghiul de incidență este mai mare decât unghiul critic sau unghiul limită, atunci nicio lumină nu este refractată; toată lumina este reflectată.
Răspunsul corect este D.
4. Întrebări pentru Olimpiada Națională de Științe 2011 pentru școlile gimnaziale la nivel Regency/City nr. 39
Următorul fenomen, care este un simptom al reflexiei perfecte, este….
A. curcubeu
B. miraj
C. lac colorat
D. astigmatism
Pembahasan
Un miraj este numit fenomen de reflexie perfectă deoarece, în acest proces, nicio lumină provenită din aer nu este refractată de suprafața drumului, ci apare ca și cum toată lumina este reflectată de suprafața drumului. Mirajele apar deoarece lumina călătorește prin straturi de aer care au indici de refracție diferiți datorită densităților diferite ale acestor straturi de aer. În realitate, lumina nu este reflectată de suprafața drumului, ci este refractată (curbată) de straturi de aer care au indici de refracție diferiți.
Răspunsul corect este B.
5. Întrebări pentru Olimpiada Națională de Științe 2010 pentru școlile gimnaziale la nivel Regency/City nr. 30
Vederea unei pete de petrol pe suprafața unui drum asfaltat într-o zi caniculară este, în esență, un eveniment de reflexie totală, deoarece….
A. Indicele de refracție al straturilor superioare ale aerului este mai mare decât cel al straturilor inferioare.
B. Indicele de refracție al straturilor superioare ale aerului este mai mic decât cel al straturilor inferioare.
C. Picăturile de apă reflectă culori diferite la unghiuri de reflexie diferite.
D. Picăturile de apă refractă diferite culori la diferite unghiuri de refracție.
Pembahasan
O scenă precum o pată de petrol pe un drum asfaltat într-o zi caniculară este un exemplu de miraj. Mirajele apar din cauza diferenței de indice de refracție dintre stratul de aer din apropierea drumului și stratul de aer de deasupra acestuia.
Într-o zi caniculară, suprafața drumului încălzește aerul direct de deasupra sa, făcând ca stratul de aer direct deasupra suprafeței drumului să fie mai fierbinte decât stratul de aer din amonte. Stratul de aer mai fierbinte se confruntă cu o expansiune volumică mai mare, ceea ce îl face mai puțin dens (densitate mai mică). În schimb, stratul de aer mai puțin fierbinte de deasupra sa se confruntă cu o expansiune volumică mai mică, ceea ce îl face mai dens (densitate mai mare). Așadar, stratul de aer inferior este mai puțin dens, în timp ce stratul de aer superior este mai dens.
Deoarece stratul de aer de la bază (mai aproape de suprafața drumului) este mai puțin dens, lumina se mișcă mai repede când trece prin el, în timp ce stratul de aer de sus este mai dens, așa că lumina se mișcă mai încet când trece prin el.
Formula pentru indicele de refracție este: n = c / v, unde n este indicele de refracție, c = viteza luminii în vid = constantă = 3 x 108 m/s, v = viteza luminii în mediu. Pe baza acestei formule, c este fixat astfel încât, dacă v crește, atunci n devine mai mic și invers, dacă v scade, atunci n devine mai mare.
Lumina se mișcă mai repede în stratul inferior de aer (v mare), astfel încât stratul inferior de aer are un indice de refracție mai mic (n mic), în timp ce lumina se mișcă mai încet în stratul superior de aer (v mic), astfel încât stratul superior de aer are un indice de refracție mai mare (n mare).
Răspunsul corect este A.
indice de refracție
6. Un fascicul de lumină vizibilă are o lungime de undă de 510 nm în aer. Dacă fasciculul de lumină intră într-un mediu cu un indice de refracție de 1,5, lungimea sa de undă se schimbă în….
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Pembahasan
Se știe că:
Lungimea de undă (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 metru
Indicele de refracție (n) = 1,5
Întrebare: Lungimea de undă (λ) se schimbă în….
Jawab:
Lungimea de undă (λ) se schimbă la 340 nanometri.
Răspunsul corect este C.
7. Un pește este văzut pe fundul mării unui bazin limpede, adâncimea bazinului este de 2 metri, indicele de refracție al bazinului este de 4/3. Dacă peștele este văzut aproape perpendicular pe suprafața bazinului, la ce distanță pare peștele de suprafața bazinului?
A. La 1 metru de suprafața piscinei
B. 1,5 metri de suprafața piscinei
C. La 2 metri de suprafața piscinei
D. 2,67 metri de la suprafața piscinei
Pembahasan
Se știe că:
Indicele de refracție al bazinului = 4/3
Adâncimea piscinei = 2 metri
Întrebare: La ce distanță pot fi văzuți peștii de la suprafața iazului?
Jawab:
Distanța aparentă = 1 : n (distanța reală)
Distanță aparentă = 1 : 4/3 (2 metri)
Distanță aparentă = 1 x 3/4 (2 metri)
Distanță aparentă = 3/4 (2 metri)
Distanță aparentă = 6/4
Distanță aparentă = 1,5 metri
Distanța peștelui vizibil față de suprafața iazului = 1,5 metri
Răspunsul corect este B.
8. Lumina poate fi transmisă într-un canal al cărui indice de refracție față de mediul înconjurător este….
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Pembahasan
Indicele de refracție al vidului = 1,0000
Indicele de refracție al unui mediu este mai mare decât indicele de refracție al vidului.
Răspunsul corect este A.
Dispersia luminii
9. Unghiul de dispersie este unghiul dintre două culori ale luminii monocromatice care apare în cazul...
A. polarizarea luminii
B. absorbția luminii
C. dispersia luminii
D. difracția luminii
Pembahasan
Lumina monocromatică este lumina care are o singură culoare sau lungime de undă. Lumina albă, la fel ca lumina soarelui, este o combinație a tuturor culorilor, fiecare cu o lungime de undă sau o frecvență diferită. Descompunerea luminii albe în spectrul vizibil (roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet) se numește dispersie a luminii.
Dispersia luminii poate fi realizată prin prisme, picături de apă sau alte obiecte. Curcubeele sunt un exemplu de dispersie a luminii în viața de zi cu zi, unde lumina soarelui este dispersată de picăturile de ploaie.
Răspunsul corect este C.
10. Întrebări pentru Olimpiada Națională de Științe 2011 pentru școlile gimnaziale la nivel Regency/City nr. 60
Un curcubeu apare ca o panglică colorată în formă de cerc parțial. Ordinea corectă a celor patru culori ale curcubeului de mai jos, de la cea mai mică la cea mai mare rază, este…
A. roșu, portocaliu, galben, verde
B. albastru, violet, verde, galben
C. verde, albastru, indigo, violet
D. indigo, albastru, verde, galben
Pembahasan
Ordinea culorilor curcubeului este roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet.
Lumina roșie are cea mai mare lungime de undă, în timp ce lumina violetă are cea mai scurtă. Devierea fiecărei culori a luminii depinde de lungimea sa de undă.
Când lumina albă a soarelui este dispersată de picăturile de ploaie, lumina cu lungimi de undă mai mari este deviată mai puțin, în timp ce lumina cu lungimi de undă mai scurte este deviată mai mult. Lumina roșie este deviată cel mai puțin deoarece lungimea sa de undă este mai mare, în timp ce lumina violetă este deviată cel mai mult deoarece lungimea sa de undă este mai scurtă, așa cum se arată în diagrama de mai jos. Astfel, ochiul observatorului vede lumina roșie în partea de sus și lumina violetă în partea de jos.
Toate culorile luminii curcubeului au o formă parțial circulară, cercul roșu de lumină fiind în partea de sus, deci are cea mai mare rază, în timp ce cercul violet de lumină este în partea de jos, deci are cea mai mică rază.
Ordinea culorilor luminii de la cea mai mare rază la cea mai mică rază este roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo, violet.
Răspunsul corect este D.
11. Culorile deschise ale stratului de ulei de la suprafața apei apar din cauza evenimentului...
A. interferență
B. polarizare
C. dispersi
D. difracție
Pembahasan
Răspunsul corect este C.
