Primeri vprašanj in formul za svetlobne valove v fizikalni optiki
Značilnosti svetlobe
1. Svetloba je elektromagnetno valovanje, zato svetloba ...
A. Ne doživlja refleksije
B. Ne doživlja refrakcije
C. Ne potrebuje razmnoževalnega medija
D. Pri širjenju ne prenaša energije
Razprava
Svetloba je valovanje, zato se med širjenjem odbija, lomi in prenaša energijo, tako kot drugi valovi. Svetloba je elektromagnetno valovanje, zato za širjenje ne potrebuje medija.
Pravilen odgovor je C.
2. Bodite pozorni na naslednjo izjavo:
1. Svetloba se giblje v ravni črti
2. Svetloba je elektromagnetno valovanje
3. Svetloba se lahko absorbira
4. Svetloba nosi električni naboj
Pravilna trditev o lastnostih svetlobe je ...
A. samo izjava 1
B. trditvi 1 in 2
C. trditve 1, 2 in 3
D. vse trditve so resnične
Razprava
1. Svetloba se giblje v ravni črti.
Ta trditev drži, ker čeprav se svetloba giblje kot prečni val, je pot svetlobe premica. Pri geometrijski optiki (odboj in lom svetlobe) je svetloba prikazana kot žarek, katerega pot gibanja je premica.
2. Svetloba je elektromagnetno valovanje:
Ta trditev drži, ker je svetloba elektromagnetno valovanje, kjer za širjenje svetlobe ni potreben medij.
3. Svetloba se lahko absorbira:
Ta trditev drži. Svetloba je vrsta elektromagnetnega valovanja. Vsi valovi, tako mehanski kot elektromagnetni, prenašajo energijo, ko potujejo z ene lokacije na drugo. Zato lahko medij, skozi katerega svetloba prehaja, absorbira del svetlobne energije. Na primer, ko svetloba potuje proti ravnemu ogledalu, se večina svetlobe odbije, majhen del pa absorbira ogledalo.
4. Svetloba nosi električni naboj:
Ta trditev je napačna. Svetloba je elektromagnetno valovanje, elektromagnetne valove pa proizvajajo nihajoča električna in magnetna polja. Elektromagnetne valove oddajajo pospešujoči električni naboji.
Pravilen odgovor je C.
Popoln odsev
3. Slika na desni prikazuje diamantni nakit, ki je zelo drag, ker se svetloba, ki jo diamant odbija, tako močno lesketa. Ta pojav povzroča ...
A. popolna refrakcija, pri kateri svetloba prehaja iz manj gostega v gostejše okolje
B. popolna refrakcija, kjer je vpadni kot manjši od robnega kota
C. popoln odboj, kjer svetloba prihaja iz manj gostega medija v gostejši medij
D. popoln odboj, kjer je vpadni kot večji od robnega kota
Razprava
Svetloba diamanta se zaradi razpršitve svetlobe in popolnega odboja lesketa. Popoln odboj se pojavi, ko svetloba prehaja iz medija z višjim lomnim količnikom v medij z nižjim lomnim količnikom. Na primer, svetloba prehaja iz diamanta (z višjim lomnim količnikom) v zrak (z nižjim lomnim količnikom). Za boljše razumevanje si oglejte spodnjo sliko.
Ko svetloba prehaja iz medija z velikim lomnim količnikom v medij z majhnim lomnim količnikom, se svetloba lomi stran od normale. Če je vpadni kot (i) večji, je večji tudi lomni kot (r). Pri določenem vpadnem kotu je lomni kot 90°. Vpadni kot pri lomnem kotu 90° se imenuje kritični kot (θk) ali mejni kot. Če je vpadni kot večji od kritičnega kota ali mejnega kota, se svetloba ne lomi; vsa svetloba se odbije.
Pravilen odgovor je D.
4. Vprašanja za državno znanstveno olimpijado 2011 za nižje srednje šole na ravni Regency/City št. 39
Naslednji pojav, ki je simptom popolne refleksije, je…
A. mavrica
B. fatamorgana
C. barvno jezero
D. astigmatizem
Razprava
Fatamorgana se imenuje pojav popolnega odboja, ker se pri tem procesu nobena svetloba, ki prihaja iz zraka, ne lomi na cestišču, temveč se zdi, kot da se vsa svetloba odbija od cestišča. Fatamorgane nastanejo, ker svetloba potuje skozi plasti zraka, ki imajo različne lomne količnike zaradi različnih gostot teh plasti zraka. V resnici se svetloba ne odbija od cestišča, temveč se lomi (upogiba) v plasteh zraka, ki imajo različne lomne količnike.
Pravilen odgovor je B.
5. Vprašanja za državno znanstveno olimpijado 2010 za nižje srednje šole na ravni Regency/City št. 30
Pogled na oljni madež na površini asfaltne ceste na vroč dan je v bistvu dogodek popolnega odboja, ker ...
A. Lomni količnik zgornjih plasti zraka je večji kot količnik spodnjih plasti.
B. Lomni količnik zgornjih plasti zraka je manjši kot pri spodnjih plasteh.
C. Vodne kapljice odbijajo različne barve pod različnimi koti odboja.
D. Vodne kapljice lomijo različne barve pod različnimi lomnimi koti.
Razprava
Prizor, kot je naftni madež na asfaltni cesti na vroč dan, je primer fatamorgane. Fatamorgane nastanejo zaradi razlike v lomnem količniku med plastjo zraka blizu ceste in plastjo zraka nad njo.
Na vroč dan cestna površina segreva zrak neposredno nad njo, zaradi česar je plast zraka neposredno nad cestno površino bolj vroča kot plast zraka višje v cestišču. Vroča plast zraka se bolj volumsko razteza, zaradi česar je manj gosta (nižja gostota). Nasprotno pa se manj vroča plast zraka nad njo manj volumsko razteza, zaradi česar je gostejša (višja gostota). Tako je spodnja plast zraka manj gosta, medtem ko je zgornja plast zraka gostejša.
Ker je plast zraka na dnu (bližje površini ceste) manj gosta, se svetloba pri prehodu skoznjo giblje hitreje, medtem ko je plast zraka na vrhu gostejša, zato se svetloba pri prehodu skoznjo giblje počasneje.
Formula za lomni količnik je: n = c / v, kjer je n lomni količnik, c = hitrost svetlobe v vakuumu = konstanta = 3 x 108 m/s, v = hitrost svetlobe v mediju. Na podlagi te formule je c fiksen, tako da če se v poveča, se n zmanjša, in obratno, če se v zmanjša, se n poveča.
Svetloba se v spodnji plasti zraka giblje hitreje (velik v), tako da ima spodnja plast zraka manjši lomni količnik (majhen n), medtem ko se svetloba v zgornji plasti zraka giblje počasneje (majhen v), tako da ima zgornja plast zraka večji lomni količnik (velik n).
Pravilen odgovor je A.
lomni količnik
6. Vidni svetlobni žarek ima v zraku valovno dolžino 510 nm. Če svetlobni žarek vstopi v medij z lomnim količnikom 1,5, se njegova valovna dolžina spremeni v….
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Razprava
Znano je, da:
Valovna dolžina (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 meter
Lomni količnik (n) = 1,5
Vprašanje: Valovna dolžina (λ) se spremeni v….
Odgovor:
Valovna dolžina (λ) se spremeni na 340 nanometrov.
Pravilen odgovor je C.
7. Na morskem dnu čistega bazena vidimo ribo, globina bazena je 2 metra, lomni količnik bazena pa je 4/3. Če ribo vidimo skoraj pravokotno na površino bazena, kako daleč od površine bazena je videti riba?
A. 1 meter od površine bazena
B. 1,5 metra od površine bazena
C. 2 metra od površine bazena
D. 2,67 metra od gladine bazena
Razprava
Znano je, da:
Lomni količnik bazena = 4/3
Globina bazena = 2 metra
Vprašanje: Kako daleč od gladine ribnika je mogoče videti ribe?
Odgovor:
Navidezna razdalja = 1 : n (dejanska razdalja)
Navidezna razdalja = 1 : 4/3 (2 metra)
Navidezna razdalja = 1 x 3/4 (2 metra)
Navidezna razdalja = 3/4 (2 metra)
Navidezna razdalja = 6/4
Navidezna razdalja = 1,5 metra
Razdalja rib, vidnih s površine ribnika = 1,5 metra
Pravilen odgovor je B.
8. Svetloba se lahko prenaša po kanalu, katerega lomni količnik glede na okolje je….
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Razprava
Lomni količnik vakuuma = 1,0000
Lomni količnik medija je večji od lomnega količnika vakuuma.
Pravilen odgovor je A.
Disperzija svetlobe
9. Kot razpršitve je kot med dvema barvama monokromatske svetlobe, ki nastane v primeru….
A. polarizacija svetlobe
B. absorpcija svetlobe
C. razpršitev svetlobe
D. uklon svetlobe
Razprava
Monokromatska svetloba je svetloba, ki ima eno barvo ali valovno dolžino. Bela svetloba je, tako kot sončna svetloba, kombinacija vseh barv, vsaka z drugačno valovno dolžino ali frekvenco. Razgradnja bele svetlobe v vidni spekter (rdeča, oranžna, rumena, zelena, modra, indigo in vijolična) se imenuje disperzija svetlobe.
Razpršitev svetlobe se lahko doseže s prizmami, vodnimi kapljicami ali drugimi predmeti. Mavrice so primer razpršitve svetlobe v vsakdanjem življenju, kjer sončno svetlobo razpršijo dežne kapljice.
Pravilen odgovor je C.
10. Vprašanja za državno znanstveno olimpijado 2011 za nižje srednje šole na ravni Regency/City št. 60
Mavrica je videti kot pisan trak v obliki delnega kroga. Pravilen vrstni red štirih barv mavrice spodaj, od najmanjšega do največjega polmera, je ...
A. rdeča, oranžna, rumena, zelena
B. modra, vijolična, zelena, rumena
C. zelena, modra, indigo, vijolična
D. indigo, modra, zelena, rumena
Razprava
Vrstni red barv mavrice je rdeča, oranžna, rumena, zelena, modra, indigo in vijolična.
Rdeča svetloba ima najdaljšo valovno dolžino, vijolična pa najkrajšo. Odklon posamezne barve svetlobe je odvisen od njene valovne dolžine.
Ko dežne kaplje razpršijo belo sončno svetlobo, se svetloba z daljšimi valovnimi dolžinami odbije manj, svetloba s krajšimi valovnimi dolžinami pa bolj. Rdeča svetloba se odbije najmanj, ker je njena valovna dolžina daljša, vijolična svetloba pa najbolj, ker je njena valovna dolžina krajša, kot je prikazano na spodnjem diagramu. Tako opazovalčevo oko vidi rdečo svetlobo zgoraj in vijolično svetlobo spodaj.
Vse barve mavrične svetlobe so delno krožne oblike, kjer je rdeči krog svetlobe na vrhu, zato ima največji polmer, vijolični krog svetlobe pa na dnu, zato ima najmanjši polmer.
Vrstni red svetlih barv od največjega do najmanjšega polmera je rdeča, oranžna, rumena, zelena, modra, indigo, vijolična.
Pravilen odgovor je D.
11. Svetle barve oljne plasti na površini vode nastanejo zaradi dogodka ...
A. motnja
B. polarizacija
C. dispersi
D. difrakcija
Razprava
Pravilen odgovor je C.
