ÓPTICA- A LUZ Problemas PAAU

Transcript

1 ÓPTICA- A LUZ Problemas PAAU XUÑO-96 CUESTION 2. opa Disponse de luz monocromática capaz de extraer electróns dun metal. A medida que medra a lonxitude de onda da luz incidente, a) os electróns emitidos son máis enerxéticos; b) os electróns emitidos son menos enerxéticos, c) a luz monocromática non é capaz de extraer electróns. SETEMBRO XUÑO-97 Un raio luminoso que viaxa por un medio no que o índice de refracción é n, incide con certo ángulo sobre a superficie de separación dun segundo medio de índice n (n`>n). Respecto do ángulo de incidencia, o de refracción será: a) igual, b) maior, c) menor. CUESTION PRACTICA. opb Fai un esquema da práctica de óptica, situando o obxecto, a lente e a imaxe, debuxando a marcha dos raios. SETEMBRO-97 CUESTION 3. opb Nunha lente converxente, os raios que saen do foco obxecto: a) converxen no foco imaxe; b) emerxen paralelos, c) non se desvían. XUÑO SETEMBRO-98 O atravesar unha lente delgada, un raio paralelo o eixe óptico. a) non se desvía; b) desvíase sempre, c) desvíase ou non dependendo do tipo de lente. CUESTION PRACTICA. opb Na práctica de óptica, púidose e cómo determina-la distancia focal da lente? XUÑO-99 CUESTION PRÁCTICA Nunha lente converxente, un obxecto atópase a unha distancia s maior que o dobre da focal (2f). Fai un esquema da marcha dos raios e explica qué clase de imaxe se forma (real ou virtual, dereita ou invertida) e qué ocorre co aumento. SETEMBRO-99 Cando se observa en dirección casi perpendicular un obxecto no fondo dun río a profundidade aparente observada: a) é maior ca real; b) menor ca real, c) igual á real. CUESTION 3. opb No efecto Compton orixínanse: a) fotóns de maior lonxitude de onda e electróns acelerados; b) fotóns de menor e maior frecuencia que os incidentes, c) electróns acelerados. XUÑO-00 CUESTION PRACTICA. opb Qué clases de imaxes se forman nunha lente converxente si o obxecto se atopa a unha distancia inferior á focal?, e si se atopa na focal?. Debuxa a marcha dos raios.

2 SETEMBRO- 00 CUESTION PRÁCTICA. opa Cunha lente converxente deséxase formar unha imaxe virtual, dereita e aumentada. Onde debe colocarse o obxecto?. Fai un esquema da práctica. CUESTION 2. opb No efecto fotoeléctrico, cando un fotón interacciona ca materia: a) transfórmase nun fotón de menor enerxía e en enerxía cinética de electróns; b) emprégase en arrincar e acelerar electróns do metal e el desaparece;c) transfórmase en dous fotóns de menor enerxía. XUÑO-01 CUESTION 1. opa A cantidade de movemento dun fotón ven expresada por: a) p= mc 2 ; b) p= hν; c) p= h/λ. CUESTION PRACTICA. opa Cunha lente converxente debuxa a marcha dos raios e o tipo de imaxe en cada un destes dous casos: a) si a distancia obxecto s e igual ó dobre da focal (2f); b) si a distancia obxecto é igual a focal (f). SETEMBRO-01 A enerxía dun cuanto de luz é directamente proporcional a: a) a lonxitude de onda; b) frecuencia; c) o cadrado da velocidade da luz. CUESTION PRACTICA. opa Fai un esquema gráfico explicando cómo podes usar unha lente converxente como lupa de aumento. CUESTION 3. opb Cal dos seguintes fenómenos constitúe unha proba da teoría corpuscular da luz?: a) a refracción; b) a difracción; c) o efecto fotoeléctrico. XUÑO-02 PROBLEMA 2. opa Nunha célula fotoeléctrica, o cátodo metálico ilumínase cunha radiación de λ= 175 nm, o potencial de freado para os electróns é de 1 voltio. Cando se usa luz de 200 nm, o potencial de freado é de 1,86 V. Calcula: a) O traballo de extracción do metal e a constante de Planck h; b) Producirase efecto fotoeléctrico se se iluminase con luz de 250 nm?. (Datos: e= 1,6*10-19 C; c= 3*10 8 m/s; 1m=10 9 nm) NOTA: (Os datos do problema son incorrectos. Os valores de l deben intercambiarse para obter unha solución apropiada) CUESTION PRÁCTICA. opa Na práctica da lente converxente debuxa a marcha dos raios e o tipo de imaxe formada dun obxecto cando: a) se sitúa entre o foco e o centro óptico; b) se sitúa no foco. PROBLEMA 2. OpB Un espello esférico forma unha imaxe virtual, dereita e de tamaño dobre co obxecto cando este está situado verticalmente sobre o eixe óptico e a 10 cm do espello. Calcula: a) A posición da imaxe; b) O radio de curvatura do espello. Debuxa a marcha dos raios.

3 SETEMBRO-02 Un raio luminoso que viaxa por un medio do que o índice de refracción é n 1, incide con certo ántulo sobre a superficie de separación dun segundo medio de índice de refracción n 2 (n 1 >n 2 ). Respecto do ángulo de incidencia, o de refracción será: a) igual, b) maior; c) menor. CUESTION PRÁCTICA. opa Nunha lente converxente, se se coloca un obxecto entre o foco e a lente, cómo é a imaxe?. (Debuxa a marcha dos raios) PROBLEMA 1. opb O traballo de extracción de electróns nun metal é de 5*10-19 J. Unha luz de lonxitude de onda 375 nm, incide sobre o metal; calcula: a) a frecuencia umbral. b) a enerxía cinética dos electróns extraídos. (Datos: h= 6,62*10-34 Js, c= 3*10 8 m/s; 1m=10 9 nm) CUESTION 1 opb Nun espello esférico convexo a imaxe que se forma dun obxecto é: a) real invertida e de maior tamaño có obxecto, b) virtual dereita e de menor tamaño có obxecto; c) virtual dereita e de maior tamaño có obxecto. XUÑO-03 Nas lentes diverxentes a imaxe sempre é: a) Dereita, maior e real; b) Dereita, menor e virtual; c) Dereita, menor e real. PROBLEMA 2. op B Un obxecto de 3 cm de altura sitúase a 75 cm e verticalmente sobre o eixe dunha lente delgada converxente de 25 cm de distancia focal. Calcula: a) A posición da imaxe; b) O tamaño da imaxe. (Fai un debuxo do problema) CUESTION 3. opb No efecto fotoeléctrico: a) A enerxía cinética dos electróns emitidos depende da intensidade da luz incidente; b) Hai unha frecuencia mínima para a luz incidente; c) O traballo de extracción non depende da natureza do metal. SETEMBRO-03 CUESTION 1. opa Cando se observa o fondo dun río en dirección casi perpendicular, a profundidade real con relación a aparente é: a) Maior; b) Menor; c) A mesma. (Dato n auga >n aire ) PROBLEMA 1. opb Si o traballo de extracción para certo metal é 5, J. Calcula: a) A frecuencia umbral por debaixo da cal non hai efecto fotoeléctrico nese metal. b) O potencial de freado que se debe aplicar para que os electróns emitidos non cheguen ó ánodo si a luz incidente é de 320 nm. (Datos: c= m/s; h= 6, Js; 1 nm= 10-9 m; qe= 1, C) PROBLEMA 2. opb O ángulo límite vidro-auga é de 60 º (n a = 1,33). Un raio de luz que se propaga no vidro incide sobre a superficie de separación cun ángulo de 45 º refractándose dentro da auga. Calcula: a) O índice de refracción do vidro; b) O ángulo de refracción na auga. CUESTION 2. opb Da hipótese de De Broglie, dualidade onda-corpúsculo, derívase como consecuencia: a)que os electróns poden mostrar comportamento ondulatorio λ= h/p); b) Que a enerxía das partículas atómicas está cuantizada, E=hν; c) Que a enerxía total dunha partícula é E= mc 2.

4 CUESTION PRACTICA. opb Qué clase de imaxes se forman nunha lente converxente si o obxecto se atopa a unha distancia superior ó dobre da distancia focal?. Fai unha representación gráfica. XUÑO-04 Tres cores da luz visible, o azul, o amarelo e o vermello, coinciden en que: a)posúen a mesma enerxía; b) posúen a mesma lonxitude de onda; c) propáganse no baleiro coa mesma velocidade. CUESTION PRÁCTICA. opa Na práctica da lente converxente explica si hai algunha posición do obxecto para a que a imaxe sexa virtual e dereita, e outra para a que a imaxe sexa real e invertida e do mesmo tamaño co obxecto. CUESTION 1. opb O ángulo límite na refracción auga/aire é de 48,61º. Si se posúe outro medio no que a velocidade da luz sexa v medio = 0,878 v auga, o novo ángulo límite (medio/aire) será: a) maior; b) menor; c) non se modifica. SETEMBRO-04 PROBLEMA 2. opa Un obxecto de 5 cm de altura, está situado a unha distancia x do vértice dun espello esférico cóncavo, de 1m de radio de curvatura; calcula a posición e tamaño da imaxe: a) si x= 75 cm. b) si x= 25 cm. (nos dous casos debuxa a marcha dos raios) A luz xerada polo Sol: a) está formada por ondas electromagnéticas de diferentes lonxitudes de onda, b) son ondas que se propagan no baleiro a diferentes velocidades; c) son fotóns da mesma enerxía. CUESTION 2. opb Cando se dispersan raios X en grafito, obsérvase que emerxen fotóns de menor enerxía que a incidente e electróns de alta velocidade. Este fenómeno pode explicarse por: a)unha colisión totalmente inelástica entre un fotón e un átomo; b) elástica entre un fotón e un electrón; c) elástica entre dous fotóns. CUESTION 3. opb Dous espellos planos están colocados perpendicularmente entre sí. Un raio de luz que se despraza nun terceiro plano perpendicular ósdous, reflíctese sucesivamente nos dous espellos; o raio reflectido no segundo espello, con respecto ó raio orixinal: a) é perpendicular; b) é paralelo; c) depende do ángulo de incidencia. XUÑO-05 PROBLEMA 1. op A 0 traballo de extracción do cátodo metálico nunha célula fotoeléctrica é 3,32 ev. Sobre el incide radiación de lonxitude de onda λ= 325 nm; calcula: a) a velocidade máxima con que son emitidos os electróns b) o potencial de freado. (Datos lev = 1, J; 1e = 1, C, 1 nm= 10-9 m; m = 9, kg ; c= m/s; h= 6, J.s). CUESTION PRÁCTICA. opa Disponse dun proxector cunha lente delgada converxente, e deséxase proxectar unha transparencia de xeito que a imaxe sexa real e invertida e maior co obxecto. Explica cómo facelo; (fai un debuxo mostrando a traxectoria dos raios). CUESTION 3. opb Si o índice de refracción do diamante é 2,52 e o do vidro 1,27: a) a luz propágase con maior velocidade no diamante, b) o ángulo límite entre o diamante e o aire é menor que entre o vidro e o aire, c) cando a luz pasa de diamante a vidro o ángulo de incidencia e maior que o ángulo de refracción.

5 SETEMBRO-05 PROBLEMA 2. opa Un espello esférico cóncavo ten un radio de curvatura de 0,5 m. Determina analítica e graficamente a posición e o aumento da imaxe dun obxecto de 5 cm de altura situado en dúas posicións diferentes: a) a 1 m do espello; b) a 0,30 m do espello. CUESTION 2. opb Cando a luz incide na superficie de separación de dous medios cun ángulo igual ó ángulo límite eso significa que: a) o ángulo de incidencia e o de refracción son complementarios; b) non se observa raio refractado; c) o ángulo de incidencia é maior que o de refracción. CUESTION PRÁCTICA. OpB Na práctica da lente converxente, fai un esquema da montaxe experimental seguida no laboratorio, explicando brevemente a misión de cada un dos elementos empregados. XUÑO-06 PROBLEMA 2. op A. Dado un espello esférico de 50 cm de radio e un obxecto de 5 cm de altura situados obre o eixe óptico a unha distancia de 30 cm do espello, calcula analítica e graficamente a posición e tamaño da imaxe: a) Se o espello é cóncavo; b) Se o espello é convexo. CUESTION 3. op A. Cando a luz atravesa a zona de separación de dous medios, experimenta: a) difracción, b) refracción, c) polarización. CUESTION 3 op. B. Nas lentes diverxentes a imaxe sempre é: a) dereita, menor e virtual; b) dereita, maior e real; c) dereita, menor e real SETEMBRO-06 PROBLEMA 2. op A. Un obxecto de 3 cm de altura colócase a 20 cm dunha lente delgada de 15 cm de focal;: calcula analítica e graficamente a posición e tamaño da imaxe; a) se a lente é converxente; b) se a lente é diverxente. CUESTION 2. op A. Na polarización lineal da luz: a) modificase a frecuencia da onda, b) o campo eléctrico oscila sempre nun mesmo plano, c) non se transporta enerxía. CUESTION 2. op B. A imaxe formada nos espellos é: a) real se o espello é convexo, b) virtual se o espello é cóncavo e a distancia obxecto é menor que a focal, c) real se o espello é plano. CUESTION PRÁCTICA. op B. Disponse dunha lente delgada converxente, describe brevemente un procedemento para coñecer o valor da súa focal.

6 ÓPTICA- A LUZ PROBLEMAS 1.- Un raio luminoso incide na superficie dun bloque de vidrio cun ángulo de incidencia de 50º. Calcular as direccións dos raios: a) reflectido b) refractado DATO: O índice de refracción do vidrio é = sen 50º/ sen r SOLUCIÓN a) O raio reflectido forma coa normal un ángulo de 50º, igual ó de incidencia i b) O raio refractado formará coa normal un ángulo r Como o índice de refracción respecto do aire n = n vidro /n aire = sen i /sen r sen r = r = 30 7º 2.- Un espello esférico cóncavo ten un radio de curvatura de 1 5 m. Determinar: a) a posición da imaxe dun obxeto situado diante do espello a unha distancia de 1 m. b) a altura da imaxe, dun obxeto real de 10 cm de altura. SOLUCIÓN A distancia focal é igual a mitade do radio de curvatura do espello f = R/2 ; como o espello é cóncavo, o seu radio de curvatura é negativo f = m/2 = m a) A posición da imaxe obtémola a partir da ecuación fundamental dos espellos esféricos: 1/s + 1/s = 1/f ; 1/s + 1/(-1) = 1/( ) s = - 3 m a imaxe é real xa que s é negativa e está a 3 metros diante do espello b) O tamaño da imaxe obtémolo a partir da ecuación do aumento lateral: M L = y / y = - s / s ; y / 0 1 = - (- 3) / (- 1) y = m Como y é negativa, a imaxe é invertida e, neste caso de maior tamaño que o obxecto.

7 3.- Un obxecto de 6 cm de altura está situada a unha distancia de 30 cm dun espello esférico convexo de 40 cm de radio. Determinar: a) a posición da imaxe. b) o tamaño da imaxe. 0 4 /2 = 0 2 m = f SOLUCIÓN a) 1/ s + 1/(-0 3) = 1 / 0 2 s = 0 12 m a imaxe é virtual xa que s é positivo b) y / 0 06 = - (0 12) / (- 0 3) = m a imaxe é dereita, xa que y é positivo, é de menor tamaño 4.- Un obxecto de 4 cm de altura, está situado 20 cm diante dunha lente delgada converxente de distancia focal 12 cm. Determinar: a) a posición da imaxe. b) o tamaño da imaxe. SOLUCIÓN a) A posición da imaxe calculámola a partir da ecuación fundamental das lentes delgadas 1/s - 1/s = 1/f 1/s 1/(-0 2) = 1/0 12 s = 0 3 m a imaxe é real xa que s é positiva b) O tamaño da imaxe obténse aplicando a ecuación do aumento lateral da lente M L = y / y = s / s y / 0 04 = 0 3 / (- 0 2) y = m O signo negativo indícanos que a imaxe é invertida. 5.- En qué posicións se poderá colocar unha lente converxente de + 15 cm de distancia focal imaxe, para obte-la imaxe dun obxecto sobre unha pantalla situada a 80 cm de él. SOLUCIÓN A suma dos valores absolutos de s e s será 80 cm; tendo en conta que s e positivo s negativo, teremos que s = s Aplicando a ecuación das lentes

8 1/(0 8 + s) - 1/s = 1/ 0 15 s s = 0 s = m y s = m As dúas posicións son a 20 cm e 60 cm do obxecto 6.- a) Cal é a potencia dun sistema formado por unha lente converxente de 2 dioptrìas e outra diverxente de 4 5 dioptrías? b) Cal é a distancia focal do sistema? SOLUCIÓN a) P = P 1 + P 2 = 2 + (- 4 5) = dioptrías b) P = 1/ f f = 1/ (- 2 5) = m CUESTIÓNS 1.- A teoría ondulatoria de Huygens sobre a natureza da luz vén confirmada polos fenómenos: a. Reflexión e formación de sombras. b. Refracción e interferencias. c. Efecto fotoeléctrico e efecto Compton. Huygens explicou a reflexión e a refracción da luz a partir da consideración de que no foco luminoso se orixina unha fronte de ondas que se propaga polo espacio. A enerxía estaría distribuída uniformemente por todo o frente de ondas. 2.- Cando un raio de luz pasa do aire a auga, non cambia a: a. Velocidade de propagación. b. Frecuencia. c. Lonxitude de onda. Cando un raio de luz cambia de medio, está a modifica-la súa velocidade de propagación xa que se altera a súa lonxitude de onda. A frecuencia non cambia porque o foco emisor é o mesmo, e a frecuencia depende dese foco

9 emisor. No paso do aire á auga prodúcese un cambio nas características do medio de propagación, polo tanto, do espacio e nas características espaciais da onda, pero non nas temporais. As características exclusivamente temporais dunha onda son frecuencia e período. 3.- Para afeitarse, unha persoa precisa ve-la súa imaxe dereita e do maior tamaño posible. Que clase de espello debe usar? a. Plano. b. Cóncavo. c. Convexo Deberá empregar un espello que permita a obtención de imaxes aumentadas, de aí que o espello deba ser cóncavo, colocándose entre o foco e o punto O. Dita construcción corresponde a unha distancia entre obxecto e espello inferior á distancia focal 4.- Cando a luz pasa dun medio a outro de distinto índice de refracción, o ángulo de refracción é: SOL.: c a. Sempre maior que o de incidencia. b. Sempre menor que o de incidencia. c. Depende dos índices de refracción. Aplicando a 2ª lei de Snell: n 1.senε 1 = n 2 senε 2 => n 1 / n 2 = senε 2 /senε 1 A relación entre os ángulos dependerá da relación dos índices de refracción. 5.- Nas lentes diverxentes a imaxe sempre é: a) Dereita, menor e virtual. b) Dereita, maior e real. c) Dereita, menor e real.

10 SOL.: a Dacordo coa representación gráfica: 6.- Nas lentes converxentes a imaxe é: SOL.: c a. Dereita, menor e virtual. b. Dereita maior e real. c. Depende da posición do obxecto. Dependerá da posición relativa do obxecto respecto do foco e do centro da lente. Depende da posición do obxecto, xa que se está máis separado da lente que 2 veces a distancia focal, terá unha imaxe real, invertida e menor. Cunha separación igual a 2f, a imaxe será real, invertida e do mesmo tamaño. Se está situado entre f e 2f, a imaxe será real, invertida e maior. Para distancias menores, a imaxe é virtual, dereita e maior. 7.- Dispomos dun espello convexo de radio de curvatura 1 m. Como é a imaxe dun obxecto real?. a. Real, invertida e de menor tamaño. b. Virtual, invertida e de maior tamaño. c. Virtual, dereita e de menor tamaño. SOL.: c

11 De acordo coa marcha dos raios: 8.- O efecto fotoeléctrico, que tipo de característica da luz pon de manifesto? a. O seu carácter corpuscular. b. O seu carácter ondulatorio. c. Ningún dos dous. SOL.: a Manifesta o carácter corpuscular ó actuar os raios de luz como partículas (fotóns) que impactan de xeito cuantizado contra os electróns. Segundo a teoría fotónica de Einstein, que permite explica-lo efecto fotoeléctrico, a luz é un fluxo contínuo de partículas, sen masa en repouso, chamadas fotóns, cunha enerxía relacionada coa frecuencia segundo E= hν 9. De que depende a emisión de fotoelectróns nunha célula fotoeléctrica?. a. Da intensidade da luz incidente. b. Da frecuencia da luz incidente. c. Da distancia entre os electrodos. A emisión de fotoelectróns dependerá de que a enerxía dos fotóns incidentes sexa superior a un valor umbral carácterístico para cada metal. Dita enerxía depende da frecuencia segundo a ecuación de Planck: E= hν. A emisión ou non de electróns depende da frecuencia da luz incidente, isto é, da enerxía de cada raio dos que impacta. Só unha vez cumprido un mínimo de enerxía por raio, extraeránse máis electróns canto máis intensidade de luz se dispoña. 10. Ó colocar un obxecto a 15 cm de distancia dunha lente converxente de 30 cm de distancia focal. A imaxe formada é: a. Real, invertida e aumentada. b. Virtual, dereita e aumentada. c. Real, dereita e reducida.

12 Facendo a marcha dos raios correspondente resultará que a imaxe será virtual, dereita e aumentada. 11. Nos autobuses urbanos colócase un espello sobre a porta para que o conductor poida observa-lo interior do autobús na súa totalidade. Como é o espello?. SOL. b. a. Cóncavo. b. Convexo. c. Plano. A solución é escollida de tal xeito que en calquera caso, a imaxe dun obxecto se vexa na área espellada, para o que é necesario reduci-lo tamaño da imaxe respecto do obxecto, cousa que se consegue cos espellos convexos As gafas de corrección da miopía usan lentes que son: a. Converxentes. b. Diverxentes. c. Doutro tipo. As lentes de corrección da miopía úsanse para que unha imaxe que se forma adiantada se forme máis atrás no ollo, evitando forza-lo mesmo e a mala visión en caso de non poder forzalo de xeito suficiente. Para isto necesitan facer diverxe-los raios de luz que inciden nelas.

13 13.- Queremos facer pasar un raio de luz a través dun vidro, de xeito que non se desvíe. Terá que ser: a. Unha lente plana paralela, en calquera posición. b. Non se pode facer. c. Calquera lente, atravesándoa polo eixe óptico. SOL.: c Toda lente, ó ser atravesada por un raio no seu eixe óptico, non o desvía, pois implica que as superficies que ten que atravesar son perpendiculares ó raio incidente Unha lámpada está acendida nun flexo que ten unha pantalla reflectora en forma de pirámide de cono truncada. A razón é: a. Iluminar por igual en toda a superficie. b. Concentrar a maior potencia luminosa posible sobre a superficie iluminada. c. Evitar deslumbramentos. A pantalla reflicte parte da luz que, doutro xeito, sería inservible para o uso que se lle quere dar, concentrándoa sobre a superficie iluminada e aumentando a intensidade luminosa nela. O apartado c tamén é certo, se ben parte do malestar visual deste tipo ten outras causas, como o reflexo no papel, por exemplo Dous raios de luz inicialmente paralelos, crúzanse despois de atravesar unha lente. Eso pode darse en caso de que teñamos: SOL: b a. Unha lente de vidro cóncava en aire. b. Un oco cóncavo cheo de aire no interior dunha masa de vidro. c. Necesariamente con outra disposición diferente das anteriores. Cando os índices de refracción da lente e o medio "externo" de transmisión intercambian os seus valores, o efecto que produce tamén se invirte. Estamos afeitos a ter lentes de vidro actuando no aire, e en tal caso actuarán como lentes diverxentes. Pero, se o índice de refracción interior é menor que o exterior, entón o efecto é o contrario: son lentes converxentes O ángulo formado polo raio incidente e o reflectido nun espello é α. Se o espello rota un ángulo β nun eixe perpendicular ó formado polos dous raios anteriores, o novo ángulo que formarán entre eles é:

14 a) α+β b) α+2β c) α β Cando o espello rota, varía o ángulo de incidencia no mesmo valor que o ángulo de xiro. Como na reflexión se cumpre que o ángulo de incidencia e o de reflexión son iguais, a separación entre ambos varía ese mesmo valor dúas veces. A ter en conta que se o ángulo é en sentido contrario, poden "cambiarse de lado" os raios incidente e reflectido, así como se o ángulo de incidencia chegara a 90º, entón xa non incidiría e polo tanto non se reflectiría.

15