Exempelfrågor om diskussion om synligt ljus
Pendahuluan
Synligt ljus är den del av det elektromagnetiska spektrumet som är synlig för det mänskliga ögat. Våglängdsområdet för synligt ljus är ungefär 380 till 740 nanometer. Detta ljus består av olika färger som kan separeras genom refraktion eller diffraktion. Detta fenomen studeras ofta inom fysiken, särskilt i kapitlet om optik.
Ljus är en energiform som är avgörande för vardagen och ett centralt ämne i olika fysikproblem. I den här artikeln kommer vi att diskutera flera exempelproblem och hur man löser dem relaterade till synligt ljus.
Exempel på Soal och Pembahasan
Fråga 1: Vitt ljusspektrum
Ett glasprisma används för att separera en stråle av vitt ljus i dess beståndsdelar. Lista färgspektrumet som uppstår genom brytningen av vitt ljus genom prismat, från kortast till längst våglängd.
Diskussion:
Vitt ljus består av olika färger med olika våglängder. När vitt ljus passerar genom ett prisma böjs varje färgkomponent i olika vinkel beroende på dess våglängd. Färgernas ordning från kortast till längst våglängd är:
1. Lila
2. Blå
3. Grön
4. Gul
5. Apelsin
6. Röd
Lila har den kortaste våglängden (~380 nm) och avböjs mest, medan rött har den längsta våglängden (~700 nm) och avböjs minst.
Fråga 2: Brytningsindex
Ett monokromatiskt ljus med en våglängd på 600 nm befinner sig i ett medium av vatten med ett brytningsindex på n. Ljuset kommer in i ett andra medium, nämligen glas med ett brytningsindex på 1,5. Beräkna brytningsvinkeln om infallsvinkeln i vattnet är 30 grader. Vattnets brytningsindex är 1,33.
Diskussion:
Använd Snells lag, som säger att:
[n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2]
Given:
– Brytningsindex för vatten, \(n_1 = 1,33 \)
– Brytningsindex för glas, \(n_2 = 1,5 \)
– Infallsvinkel i vatten, (θ = 30°C)
Så:
\[ 1,33 \sin 30^\circ = 1,5 \sin \theta_2 \]
Eftersom \(\sin 30^\circ = 0,5\), sätt in i ekvationen:
\[ 1,33 \× 0,5 = 1,5 \sin \theta_2 \]
\[ 0,665 = 1,5 \sin \theta_2 \]
[sin \theta_2 = \frac{0,665}{1,5}]
[sin θ² = 0,4433]
Hitta brytningsvinkeln \( \theta_² \):
[θ⁻² = sin⁻¹ (0,4433) ≥ 26,4 cirkulerande]
Så är brytningsvinkeln i glaset \( \theta_2 \) ungefär 26,4 grader.
Fråga 3: Ljusstörningar
Två smala parallella spalter, separerade med ett avstånd \(d = 0,1\) mm, belyses av en stråle av monokromatiskt ljus med en våglängd på \(\lambda = 500\) nm. Ljusstrålen producerar ett interferensmönster på en skärm 2 m från spalterna. Beräkna avståndet mellan två på varandra följande ljusa band på skärmen.
Diskussion:
Använd ekvationen för avståndet mellan två på varandra följande ljusa band i ett interferensmönster med två spalter:
\[ \Delta y = \frac{\lambda L}{d} \]
Given:
– Ljusets våglängd, \( \lambda = 500 \× 10^{-9} \) meter
– Avstånd från slits till skärm, \(L = 2 \) meter
– Avståndet mellan de två slitsarna, (d = 0,1 × 10⁻³) meter
Ersätt dessa värden:
[Δy = 500 × 10⁻⁹ m × 2 m/0,1 × 10⁻⁹ m]
[Δy = 1000 × 10⁻⁹ m/0,1 × 10⁻⁹ m]
[Δy = 1000 × 10⁻⁶}{10⁻⁴]
\[ \Δy = 10^{-5 + 4} \]
\[ \Δy = 10^{-1} \]
\[ \Δy = 0,01 \text{ m} \]
Så avståndet mellan två på varandra följande ljusa band på skärmen är 0,01 meter eller 1 cm.
Fråga 4: Ljusdiffraktion
Ljus med en våglängd på Δ = 600 nm passerar genom en enda spalt med en bredd på a = 0,02 mm. Det resulterande diffraktionsmönstret fångas på en skärm 3 meter från spalten. Beräkna bredden på det första mörka bandet från diffraktionsmönstrets centrum.
Diskussion:
Använd ekvationen för bredden på det första mörka bandet (enkelslitsdiffraktionsmönster):
[y = \frac{m \lambda L}{a} \]
För det första mörka bandet, \(m = 1 \):
[y = \frac{1 \times 600 \times 10^{-9} \times{m} \times 3 \times{m}}{0,02 \times 10^{-3} \times{m}}]
Substitution av värden:
[y = 600 × 10⁻⁹ m × 3 m/0,02 × 10⁻⁹ m]
[y = 1800 × 10⁻⁹ m/0,02 × 10⁻⁹ m]
[y = 1800/0,02 × 10⁻⁶ m]
[y = 1800/0,02 × 10⁻⁶ m]
[y = 90000 × 10⁻⁶ m]
\[ y = 0,09 \text{ m} \]
Så är bredden på det första mörka bandet från mitten av diffraktionsmönstret 0,09 meter eller 9 cm.
slutsats
Synligt ljus är det område av det elektromagnetiska spektrumet som kan observeras av det mänskliga ögat och är avgörande för optiska fenomen som refraktion, interferens och diffraktion. Att förstå de grundläggande begreppen och kunna lösa problem som involverar dessa fenomen är avgörande för studenter och forskare. I den här artikeln har vi granskat flera exempelproblem, kompletta med förklaringar, för att hjälpa oss att förstå hur synligt ljus interagerar med ett medium och producerar olika optiska fenomen. Med en bättre förståelse kan vi utforska ytterligare tillämpningar av synligt ljus inom vetenskap och teknik.
