ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับคลื่นแสง

11 ตัวอย่างของคลื่นแสง

1. ตะแกรงเลี้ยวเบน

โปรดให้ความสนใจกับข้อความต่อไปนี้:

(1) แทนที่ตารางด้วยตารางที่มีจำนวนเส้นต่อมิลลิเมตรมากกว่า

(2) แสงที่ตกจากสีฟ้าไปเป็นสีเหลือง

(3) เปลี่ยนแสงที่ปล่อยออกมาจากสีแดงเป็นสีเขียว

(4) เลื่อนหน้าจอให้ใกล้ตารางมากขึ้น

สิ่งที่รวมอยู่ในความพยายามที่จะเพิ่มความกว้างของแถบสว่างในการทดลองตะแกรงเลี้ยวเบนคือ...

การอภิปราย

สูตรการแทรกสอดแบบสองช่อง (การแทรกสอดแบบเสริมกัน):

ความกว้างของช่อง (d) มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับระยะห่างระหว่างช่องกับหน้าจอ (L) ดังนั้นมุมจึงมีขนาดเล็กมากมุมมีขนาดเล็กจนค่าของ sin θ ใกล้เคียงกับ tangent θ

sin θ ≈ tan θ = y / L

คีเตรังกัน:

y = ความกว้างของแถบสว่าง, n = ลำดับ, λ = ความยาวคลื่น, L = ระยะห่างระหว่างตะแกรงกับหน้าจอ, d = ความกว้างของช่องแคบ

d = 1 / (4000 เส้น / ซม.) = 0,00025 ซม.

(1) แทนที่ตารางด้วยตารางที่มีจำนวนเส้นต่อมิลลิเมตรมากกว่า

ตัวอย่าง:

d = 1 / (1000 เส้น / ซม.) = 0,001 ซม.

d = 1 / (2000 เส้น / ซม.) = 0,0005 ซม.

d = 1 / (3000 เส้น / ซม.) = 0,0003 ซม.

d = 1 / (4000 เส้น / ซม.) = 0,00025 ซม.

จากการคำนวณนี้ ถ้าจำนวนเส้นต่อมิลลิเมตรมากขึ้น ความกว้างของช่อง (d) ก็จะเล็ลง และจากสูตรข้างต้น ถ้าความกว้างของช่อง (d) เล็ลง ความกว้างของแถบสว่าง (y) ก็จะมากขึ้น

ข้อความนี้เป็นความจริง

(2) แสงที่ตกจากสีฟ้าไปเป็นสีเหลือง

แสงสีฟ้ามีความถี่มากกว่าแสงสีเหลือง และในทางกลับกัน

แสงสีฟ้ามีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงสีเหลือง

ถ้าแสงเปลี่ยนจากสีน้ำเงินเป็นสีเหลือง ความยาวคลื่นก็จะเพิ่มขึ้น

จากสูตรข้างต้น ถ้าความยาวคลื่นมากขึ้น ความกว้างของแถบสว่าง (y) ก็จะมากขึ้นด้วย

ข้อความนี้เป็นความจริง

(3) เปลี่ยนแสงที่ปล่อยออกมาจากสีแดงเป็นสีเขียว

แสงสีแดงมีความถี่ต่ำกว่าแสงสีเขียว และในทางกลับกัน

แสงสีแดงมีความยาวคลื่นมากกว่าแสงสีเหลือง

ถ้าแสงเปลี่ยนจากสีแดงไปเป็นสีเขียว ความยาวคลื่นก็จะสั้นลง

จากสูตรข้างต้น ถ้าความยาวคลื่นน้อยลง ความกว้างของแถบสว่าง (y) ก็จะน้อยลงด้วย

คำกล่าวนี้ไม่ถูกต้อง

(4) เลื่อนหน้าจอให้ใกล้ตารางมากขึ้น

การเลื่อนหน้าจอให้ใกล้กับตารางมากขึ้นหมายถึงการลดค่า L จากสูตรข้างต้น หากระยะห่างระหว่างตารางกับหน้าจอ (L) น้อยลง ความกว้างของแถบสว่าง (y) ก็จะน้อยลงด้วย

คำกล่าวนี้ไม่ถูกต้อง

2. การเลี้ยวเบนของแสง

ในการทดลองการเลี้ยวเบนของแสงโดยใช้ตะแกรงที่มีเส้น 4.500 เส้นต่อ^{เซนติเมตร}บนหน้าจอที่วางห่างจากตะแกรงเป็นระยะ L ระยะห่างของแถบสว่างลำดับที่สองคือ 1 มิลลิเมตร หากเปลี่ยนตะแกรงที่ใช้เป็นตะแกรงอีกอันที่มีเส้น 5.400 เส้นต่อเซนติเมตร^ระยะห่างของแถบสว่างลำดับที่สองที่วัดจากแถบสว่างตรงกลางจะเป็น...

ก. 0,6 มม.

ข. 0,9 มม.

ค. 1,2 มม.

ง. 1,6 mm

E. 2,2 มม.

การอภิปราย

เป็นที่ทราบกันว่า:

d ₁ = 1 / (4500 เส้น / ซม.) = 1/4500 ซม.

n ₁ = 2

y ₁ = 1 มม. = 0,1 ซม.

d ₂ = 1 / (5400 เส้น / ซม.) = 1/ 5400 ซม.

n ₂ = 2

ถามเมื่อ : y ₂

คำตอบ :

สูตรการแทรกสอดแบบสองช่อง (การแทรกสอดแบบเสริมกัน):

d sin θ = n λ

ความกว้างของช่องแคบนั้นเล็กมากเมื่อเทียบกับระยะห่างระหว่างช่องแคบกับหน้าจอ ดังนั้นมุมจึงเล็กมาก มุมนั้นเล็กจนค่าของ sin theta ใกล้เคียงกับ tangent theta

sin θ ≈ tan θ = y / L

d sin θ = n λ

d (y / L) = n λ

dy = n λ L

ข้อสังเกต:

d = ความกว้างของช่อง, y = ระยะห่างระหว่างแสงตรงกลางกับแสงลำดับที่ n, n = ลำดับ, λ = ความยาวคลื่น, L = ระยะห่างระหว่างตะแกรงกับหน้าจอ

การทดลองที่ 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

การทดลองที่ 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

ความยาวคลื่นของแสง (λ) ที่ใช้มีค่าเท่ากัน และระยะห่างระหว่างตะแกรงกับหน้าจอ (L) ก็เท่ากันด้วย

λ L = λ L

0,1 / 9000 = y ₂ / 10.800

(0,1)(10.800) = (y ₂ )(9000)

1080 = y ₂ (9000)

y ₂ = 1080 / 9000

y ₂ = 0,12 ซม.

y ₂ = 1,2 มม.

คำตอบที่ถูกต้องคือ C.

การรบกวนของแสง

3. ช่องแคบสองช่องที่ห่างกัน 2 มิลลิเมตร ถูกส่องสว่างในแนวตั้งฉาก บนหน้าจอที่อยู่ห่างจากช่องทั้งสอง 1 เมตร จะเกิดเส้นสว่างเส้นที่สี่ขึ้น โดยอยู่ห่างจากเส้นสว่างตรงกลาง 1 มิลลิเมตร ความยาวคลื่นของแสงที่ใช้คือ…

ก. 24 x 10 ^-6ม.

B. 8,0 x 10 ^-6ม.

C. 3,7 x 10 ^-6ม.

D. 2,0 x 10 ^-6ม.

E. 0,5 x 10 ^-6ม.

การอภิปราย

เป็นที่ทราบกันว่า:

ระยะห่างระหว่างช่อง (d) = 2 มม. = 2 x ^10⁻³เมตร

ลำดับ (n) = 4

ระยะห่างระหว่างหน้าจอและช่องว่าง (ล) = 1 เมตร

ระยะห่างของเส้นสว่างที่ 4 จากเส้นสว่างกลาง (y) = 1 มม. = 1 x 10⁻³ ^เมตร = ^10⁻³เมตร

คำถาม:ความยาวคลื่นของแสง ( λ)

คำตอบ :

สูตรการแทรกสอดแบบสองช่อง (การแทรกสอดแบบเสริมกัน):

d sin θ = n λ

ระยะห่างระหว่างช่องแคบ นั้นน้อยกว่าระยะห่างระหว่างช่องแคบกับหน้าจอ ดังนั้นมุมจึงมีขนาดเล็กมาก มุมมีขนาดเล็กมากจนค่าของsin θใกล้เคียงกับtan θ

ความยาวคลื่นของแสง ( λ):

คำตอบที่ถูกต้องคือ E.

4. ในการทดลองของยัง (Young's experiment) ใช้ช่องแคบสองช่อง โดยแต่ละช่องห่างกัน 3 มิลลิเมตร และวางแผ่นบังแสงไว้ห่างจากช่องทั้งสอง 1 เมตร ถ้าแสงดวงที่หกเกิดขึ้นที่ระยะห่าง 1 มิลลิเมตรจากแสงตรงกลาง ความยาวคลื่นของแสงที่ใช้จะเป็น...

ก. 0,5 x 10 ^-6ม.

B. 2,0 x 10 ^-6ม.

C. 3,7 x 10 ^-6ม.

D. 8,0 x 10 ^-6ม.

E. 24 x 10 ^-6ม.

การอภิปราย

เป็นที่ทราบกันว่า:

ระยะห่างระหว่างช่อง (d) = 3 มม. = 3 x ^10⁻³เมตร

ลำดับ (n) = 6

ระยะห่างระหว่างหน้าจอและช่องว่าง (ล) = 1 เมตร

ระยะห่างของเส้นสว่างที่ 6 จากเส้นสว่างกลาง (y) = 1 มม. = 1 x 10⁻³ ^เมตร = ^10⁻³เมตร

คำถาม:ความยาวคลื่นของแสง ( λ)

คำตอบ :

ความยาวคลื่นของแสง ( λ):

คำตอบที่ถูกต้องคือ A.

ลักษณะของคลื่นแสง

5. คุณลักษณะของคลื่น:

(1) รูปแบบคลื่นตามยาว

(2) สามารถหักเหได้

(3) สามารถรบกวนได้

(4) สามารถโพลาไรซ์ได้

(5) การแพร่กระจายต้องใช้สื่อกลาง

ข้อความข้างต้นซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของคลื่นแสงคือจำนวน…

ก. (1), (2) และ (3)

B. (1), (2) และ (4)

C. (1), (3) และ (5)

ง. (2), (3) และ (4)

E. (2), (2) และ (5)

การอภิปราย

คำตอบที่ถูกต้องคือ D.

6. ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย (SMA/MA) ปีการศึกษา 2015/2016 ข้อที่ 29

โปรดให้ความสนใจกับข้อความต่อไปนี้!

(1) สามารถรบกวนได้

(2) ประสบกับภาวะโพลาไรเซชัน

(3) ประสบกับการเลี้ยวเบน

(4) เลื้อยคลานโดยไม่มีสื่อกลาง

(5) สามารถสะท้อนได้

ข้อความข้างต้นที่ถูกต้องเกี่ยวกับคุณสมบัติของคลื่นเสียงคือ...

ก. (1), (2) และ (3)

B. (1), (3) และ (5)

C. (1), (4) และ (5)

ง. (2), (3) และ (4)

E. (3), (4) และ (5)

การอภิปราย

(2) คลื่นตามขวางจะเกิดการโพลาไรเซชัน ส่วนคลื่นเสียงเป็นคลื่นตามยาว

(4) คลื่นที่แพร่กระจายโดยไม่มีตัวกลางคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น ส่วนคลื่นเสียงเป็นคลื่นกลที่ต้องอาศัยตัวกลางในการแพร่กระจาย

คำตอบที่ถูกต้องคือ B.

ตะแกรงเลี้ยวเบน

7. แผ่นกระจายแสงมีเส้น 4.000 เส้นต่อเซนติเมตร แสงเอกรงค์ส่องไปที่แผ่นกระจายแสงและทำให้เกิดเส้นสว่างลำดับที่สอง ถ้ามุมเบี่ยงเบนคือ 30 ^°แล้วความยาวคลื่นของแสงคือ… (1 Å = ^10⁻¹⁰เมตร)

A. 8.000 Å

B. 6.250 Å

C. 5.000 Å

ง. 4.500 อังสตรอม

E. 4.000 Å

การอภิปราย

เป็นที่ทราบกันว่า:

ค่าคงที่แลตติส (d) = 1 / (4000 เส้น/ซม.) = 0,00025 ซม. = 2,5 x 10⁻⁴ ^ซม . = 2,5 x ^10⁻⁶เมตร

ลำดับ (n) = 2

sin 30 ^° = 0,5

1 Å = 10 ^-10 m

คำถาม:ความยาวคลื่นของแสง (λ)

คำตอบ :

คำตอบที่ถูกต้องคือ B.

8. ลำแสงเอกรงค์ที่มีความยาวคลื่น 2,5.10 x ^7⁻⁷เมตร ตกกระทบตะแกรงที่มีรอยขีดข่วน 10.000 รอยต่อเซนติเมตร มุมของเส้นสว่างลำดับที่สองคือเท่าใด

ก. 30 ^โอ

บี. 37 ^โอ

C. 45 ^o

ง. 53 ^โอ

E. 60 ^o

การอภิปราย

เป็นที่ทราบกันว่า:

ค่าคงที่แลตติส (d) = 1 / (10.000 เส้น/ซม.) = 0,0001 ซม. = 1 x 10⁻⁴ ^ซม . = 1 x ^10⁻⁶เมตร

ลำดับ (n) = 2

ความยาวคลื่นของแสง (λ) = 2,5 x ^10⁻⁷เมตร

ถาม:มุม (θ)

คำตอบ :

คำตอบที่ถูกต้องคือ A.

9. การแทรกสอดแบบช่องคู่

ลำแสงสีเหลืองตกกระทบช่องแคบสองช่อง ทำให้เกิดการแทรกสอดที่มองเห็นได้บนหน้าจอ จากข้อความต่อไปนี้:

(1) แถบสว่างจะกว้างขึ้นหากแสงสีเหลืองถูกแทนที่ด้วยแสงสีฟ้า

(2) แถบสว่างจะกว้างขึ้นหากระยะห่างระหว่างช่องลดลง

( 3) ยิ่งห่างจากแสงกลางมากเท่าไร ความเข้มก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

(4) ยิ่งห่างจากแสงกลางมากเท่าไหร่ ความเข้มก็จะยิ่งคงที่มากขึ้นเท่านั้น

ประโยคที่ถูกต้องคือ…

ก. (1), (3) และ (4)

B. (1) และ (3) เท่านั้น

C. (1) และ (4) เท่านั้น

D. (2) และ (3) เท่านั้น

E. (2) และ (4) เท่านั้น

การอภิปราย

ระยะห่างระหว่างช่องแคบ นั้นน้อยกว่าระยะห่างระหว่างช่องแคบกับหน้าจอ ดังนั้นมุมจึงมีขนาดเล็กมาก มุมมีขนาดเล็กมากจนค่าของsin θใกล้เคียงกับtan θ

สูตรการแทรกสอดแบบสองช่อง (การแทรกสอดแบบเสริมกัน)

ข้อสังเกต:

d = ระยะห่างระหว่างช่องแคบ, y = ระยะห่างของเส้นสว่างที่ n จากเส้นสว่างตรงกลาง, l = ระยะห่างระหว่างหน้าจอและช่องแคบ, n = ลำดับ, λ = ความยาวคลื่นแสง

(1) แถบสว่างจะกว้างขึ้นหากแสงสีเหลืองถูกแทนที่ด้วยแสงสีฟ้า

จากสูตรนี้ จำนวนเส้นสว่าง (n) จะแปรผกผันกับความยาวคลื่น( λ) ถ้าความยาวคลื่นสั้นลงจำนวนเส้นสว่าง (n) ก็จะมากขึ้น แสงสีเหลืองมีความยาวคลื่นยาวกว่า (ความถี่ต่ำกว่า) แสงสีฟ้า ถ้าเปลี่ยนแสงสีเหลืองเป็นแสงสีฟ้า ความยาวคลื่นจะสั้นลง ดังนั้นจำนวนเส้นสว่าง (n) ก็จะมากขึ้น

ข้อความนี้เป็นความจริง

(2) แถบสว่างจะกว้างขึ้นหากระยะห่างระหว่างช่องลดลง

จากสูตรข้างต้น ระยะห่างระหว่างช่อง (d) จะแปรผันตรงกับจำนวนเส้นสว่าง (n) หากระยะห่างระหว่างช่องลดลง จำนวนเส้นสว่าง (n) ก็จะลดลง

คำกล่าวนี้ไม่ถูกต้อง

(3) ยิ่งห่างจากแสงกลางมากเท่าไหร่ ความเข้มก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

ความเข้มของแสงมีความสัมพันธ์กับระดับความสว่าง โดยความเข้มจะแปรผกผันกับระยะทาง ยิ่งระยะทางไกล ความเข้มของแสงก็จะยิ่งต่ำลง (แสงก็จะยิ่งสลัวลง)

ข้อความนี้เป็นความจริง

(4) ยิ่งห่างจากแสงกลางมากเท่าไหร่ ความเข้มก็จะยิ่งคงที่มากขึ้นเท่านั้น

คำกล่าวนี้ไม่ถูกต้อง

คำตอบที่ถูกต้องคือ B.

10. ลำแสงเอกรงค์ที่มีความยาวคลื่น 5 x ^10⁻⁷เมตร ส่องตั้งฉากกับตะแกรง ถ้าระยะห่างระหว่างหน้าจอและตะแกรงคือ 2 เมตร และเกิดแสงลำดับที่สามบนหน้าจอที่ระยะห่าง 150 เซนติเมตรจากแหล่งกำเนิดแสงตรงกลาง ระยะห่างระหว่างช่องแคบคือ…

1. 4.10^-6 m
2. 3.10^-6 m
3. 2.10^-6 m
4. 3.10^-7 m
5. 2.10^-7 m

การอภิปราย

เป็นที่ทราบกันว่า:
ความยาวคลื่น (λ) = 5 x 10^-7 เมตร
l = 2 เมตร
n = 3
y = 150 ซม. = 1,5 เมตร
ถาม: ค่าคงที่แลตติซ
คำตอบ :

บาป θ µ ตาล θ = y / l = 1,5 / 2 = 0,75 = 75 x 10 ^-2

ระยะห่างระหว่างช่องว่าง:
d sin θ = n λ
ง (75.10^-2) = (3)(5.10^-7)
ง (75.10^-2) = 15.10^-7
d = (15.10^-7) / (75.10^-2)
d = (15/75).10^-5
d = (1/5)(10^-5) เมตร
d = (0,2)(10^-5) เมตร
ง = 2.10^-6 เมตร
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.

11. ลำแสงเอกรงค์ที่มีความยาวคลื่น 500 นาโนเมตร (1 นาโนเมตร = 10⁻⁹ ⁾ตกกระทบตั้งฉากกับตะแกรงถ้าลำแสงที่สี่ทำมุมเบี่ยงเบน 30 ^องศาจำนวนเส้นต่อเซนติเมตรของตะแกรงคือ…

1. 3000
2. 2500
3. 1250
4. 1000
5. 250

การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
ความยาวคลื่น (λ) = 500.10^-9 เมตร = 5.10^-7 เมตร
θ = 30^o
n = 4
ถาม: จำนวนเส้นต่อเซนติเมตรของตาราง
คำตอบ :
ระยะห่างระหว่างช่องว่าง:
d sin θ = n λ
d (sin 30^o) = (4)(5.10^-7)
d (0,5) = 20.10^-7
d = (20.10^-7) / 0,5
ง = 40.10^-7
ง = 4.10^-6  เมตร

จำนวนเส้นต่อเซนติเมตรของตาราง:
x = 1/4.10^-6  เมตร
x = 0,25.10⁶ สาย/เมตร
x = 0,25.10⁶ บรรทัด / 10² cm
x = 0,25.10⁴ เส้น/ซม.
x = 25.10² เส้น/ซม.
x = 2500 เส้น/ซม.
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.

ที่มาของคำถาม:

คำถาม UN ฟิสิกส์ SMA/MA ปี 2015/2016