Física P.A.U. ÓPTICA 1 ÓPTICA

Transcript

1 Física P.A.U. ÓPTICA 1 ÓPTICA PROBLEMAS DIOPTRIO PLANO 1. Un raio de luz de frecuencia Hz incide, cun ángulo de incidencia de 30, sobre unha lámina de vidro de caras plano-paralelas de espesor 10 cm. Sabendo que o índice de refracción do vidro é 1,50 e o do aire 1,00: a) Enuncia as leis da refracción e debuxa a marcha dos raios no aire e no interior da lámina de vidro. b) Calcula a lonxitude de onda da luz no aire e no vidro, e a lonxitude percorrida polo raio no interior da lámina. c) Calcula o ángulo que forma o raio de luz coa normal cando emerxe de novo ao aire. Dato: c = 3, m/s (P.A.U. Set. 14) Rta.: b) λ aire = 6, m; λ vidro = 4, m; L = 10,6 cm; c) α r 2 = 30,0º 2. Un raio de luz pasa do auga (índice de refracción n = 4 / 3) ao aire (n = 1). Calcula: a) O ángulo de incidencia se os raios reflectido e refractado son perpendiculares entre si. b) O ángulo límite. c) Hai ángulo límite se a luz incide do aire á auga? (P.A.U. Xuño 13) Rta.: a) θ i = 36,9º; b) λ = 48,6º 3. O ángulo límite vidro-auga é de 60º (n a = 1,33). Un raio de luz que se propaga no vidro incide sobre a superficie de separación cun ángulo de 45º refractándose dentro da auga. Calcula: a) O índice de refracción do vidro. b) O ángulo de refracción na auga. (P.A.U. Set. 03) Rta.: a) n v = 1,54; b) θ r = 55º B 4. Sobre un prisma equilátero de ángulo 60 (ver figura), incide un raio luminoso monocromático que forma un ángulo de 50 coa normal á cara AB. Sabendo que no interior do prisma o raio é paralelo á base AC: a) Calcula o índice de refracción do prisma. b) Determina o ángulo de desviación do raio ao saír do prisma, debuxando a traxectoria que segue o raio. A C c) Explica se a frecuencia e a lonxitude de onda correspondentes ao raio luminoso son distintas, ou non, dentro e fóra do prisma. Dato: n aire = 1 (P.A.U. Set. 11) Rta.: a) n p = 1,5; b) α r 2 = 50º ESPELLOS 1. Un espello cóncavo ten 50 cm de radio. Un obxecto de 5 cm colócase a 20 cm do espello: a) Debuxa a marcha dos raios. b) Calcula a posición, tamaño e natureza da imaxe. c) Debuxa unha situación na que non se forma imaxe do obxecto. (P.A.U. Xuño 14) Rta.: b) b) s' = 1,00 m; y' = 25 cm; V,, > 2. Un obxecto de 1,5 cm de altura está situado a 15 cm dun espello esférico convexo de raio 20 cm, determina a posición, tamaño e natureza da imaxe: a) Graficamente. b) Analiticamente. c) Pódense obter imaxes reais cun espello convexo? (P.A.U. Set. 09)

2 Física P.A.U. ÓPTICA 2 Rta.: b) s' = +6,0 cm; y' = 6,0 mm 3. Un obxecto de 5 cm de altura, está situado a unha distancia x do vértice dun espello esférico cóncavo, de 1 m 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. (P.A.U. Set. 04) Rta.: a) s' = -1,5 m; y' = -10 cm; b) s' = 0,5 m; y' = 10 cm. 4. 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. (P.A.U. Set. 05) Rta.: a) s' = -0,33 m; A L = -0,33; b) s' = -1,5 m; A L = 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. (P.A.U. Xuño 06) Rta.: a) s' = -150 cm; y' = -25 cm; b) s' = 14 cm; y' = 2,3 cm 6. Un obxecto de 3 cm está situado a 8 cm dun espello esférico cóncavo e produce unha imaxe a 10 cm á dereita do espello: a) Calcula a distancia focal. b) Debuxa a marcha dos raios e obtén o tamaño da imaxe. c) En que posición do eixo hai que colocar o obxecto para que non se forme imaxe? (P.A.U. Xuño 08) Rta.: a) f = 0,40 m; b) y' = 3,8 cm 7. 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. (P.A.U. Xuño 02) Rta.: a) s' = +0,20 m; b) R = 40 cm LENTES 1. 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. (P.A.U. Xuño 03) Rta.: a) s' = 38 cm; b) y' = -1,5 cm 2. Un obxecto de 1,5 cm de altura sitúase a 15 cm dunha lente diverxente que ten unha focal de 10 cm; determina a posición, tamaño e natureza da imaxe: a) Graficamente. b) Analiticamente. c) Pódense obter imaxes reais cunha lente diverxente? (P.A.U. Set. 09) Rta.: b) s' = -6,0 cm; y' = 6,0 mm 3. Un obxecto de 3 cm de altura sitúase a 75 cm dunha lente delgada converxente e produce unha imaxe a 37,5 cm á dereita da lente: a) Calcula a distancia focal. b) Debuxa a marcha dos raios e obtén o tamaño da imaxe.

3 Física P.A.U. ÓPTICA 3 c) En que posición do eixo hai que colocar o obxecto para que non se forme imaxe? (P.A.U. Xuño 08) Rta.: a) f = 0,25 m; b) y' = -1,5 cm 4. Unha lente converxente proxecta sobre unha pantalla a imaxe dun obxecto. O aumento é de 10 e a distancia do obxecto á pantalla é de 2,7 m. a) Determina as posicións da imaxe e do obxecto. b) Debuxa a marcha dos raios. c) Calcula a potencia da lente. (P.A.U. Set. 12) Rta.: a) s = -0,245 m; s' = 2,45 m; c) P = 4,48 dioptrías 5. 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. (P.A.U. Set. 06) Rta.: a) s' = 0,60 m; y' = -9,0 cm; b) s' = -0,086 m; y' = 1,3 cm 6. Un obxecto de 3 cm sitúase a 20 cm dunha lente cuxa distancia focal é 10 cm: a) Debuxa a marcha dos raios si a lente é converxente. b) Debuxa a marcha dos raios si a lente é diverxente. c) En ambos os dous casos calcula a posición e o tamaño da imaxe. Rta.: c) (c) s' = 0,20 m; y' = -3,0 cm; (d) s' = -0,067 m; y' = 1,0 cm (P.A.U. Xuño 12) 7. Quérese formar unha imaxe real e de dobre tamaño dun obxecto de 1,5 cm de altura. Determina: a) A posición do obxecto se se usa un espello cóncavo de R = 15 cm. b) A posición do obxecto se se usa unha lente converxente coa mesma focal que o espello. c) Debuxa a marcha dos raios para os dous apartados anteriores. (P.A.U. Xuño 11) Rta.: a) s e = -11 cm; b) s l = -11 cm CUESTIÓNS DIOPTRIO PLANO. 1. Cando un raio de luz monocromática pasa dende o aire á auga (n auga = 4/3), prodúcese un cambio: A) Na frecuencia. B) Na lonxitude de onda. C) Na enerxía. (P.A.U. Set. 10) 2. Cando a luz incide na superficie de separación de dous medios cun ángulo igual ao ángulo límite iso significa que: A) O ángulo de incidencia e o de refracción son complementarios. B) Non se observa ralo refractado. C) O ángulo de incidencia é maior que o de refracción. (P.A.U. Set. 05) 3. Cando se observa o leito dun río en dirección case perpendicular, a profundidade real con relación á aparente é: A) Maior. B) Menor. C) A mesma. Dato n auga > n aire (P.A.U. Xuño 97, Set. 03)

4 Física P.A.U. ÓPTICA 4 4. Un raio luminoso que viaxa por un medio do que o índice de refracción é n 1, incide con certo ángulo sobre a superficie de separación dun segundo medio de índice n 2 (n 1 > n 2). Respecto do ángulo de incidencia, o de refracción será: a) Igual. b) Maior. c) Menor. (P.A.U. Set. 02) 5. Un raio de luz incide desde o aire (n = 1) sobre unha lámina de vidro de índice de refracción n = 1,5. O ángulo límite para a reflexión total deste raio é: A) 41,8º B) 90º C) Non existe. (P.A.U. Set. 08) 6. 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. (P.A.U. Xuño 04) 7. Se 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 limite entre o diamante e o aire é menor que entre o vidro e o aire. C) Cando a luz pasa do diamante ao vidro o ángulo de incidencia é maior que o ángulo de refracción. (P.A.U. Xuño 05) 8. Cando un raio de luz incide nun medio de menor índice de refracción, o raio refractado: A) Varía a súa frecuencia. B) Achégase á normal. C) Pode non existir raio refractado. (P.A.U. Set. 07) 9. No fondo dunha piscina hai un foco de luz. Observando a superficie da auga veríase luz: A) En toda a piscina. B) Só no punto enriba do foco. C) Nun círculo de raio R arredor do punto enriba do foco. (P.A.U. Set. 10) ESPELLOS. 1. 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. 2. 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. (P.A.U. Set. 02) (P.A.U. Set. 06) 3. Si con un espello se quere obter unha imaxe maior co obxecto, haberá que empregar un espello: A) Plano. B) Cóncavo. C) Convexo. (P.A.U. Set. 08)

5 Física P.A.U. ÓPTICA 5 4. Se un espello forma unha imaxe real investida e de maior tamaño que o obxecto, trátase dun espello: A) Cóncavo e o obxecto está situado entre o foco e o centro da curvatura. B) Cóncavo e o obxecto está situado entre o foco e o espello. C) Convexo co obxecto en calquera posición. (P.A.U. Xuño 12) 5. Para obter unha imaxe na mesma posición en que está colocado o obxecto, que tipo de espello e en que lugar ha de colocarse o obxecto?: A) Cóncavo e obxecto situado no centro de curvatura. B) Convexo e obxecto situado no centro de curvatura. C) Cóncavo e obxecto situado no foco. (P.A.U. Set. 11) 6. Se se desexa obter unha imaxe virtual, dereita e menor que o obxecto, úsase: A) Un espello convexo. B) Una lente converxente. C) Un espello cóncavo. (P.A.U. Xuño 13) 7. Un espello cóncavo ten 80 cm de radio de curvatura. A distancia do obxecto ao espello para que a súa imaxe sexa dereita e 4 veces maior é: A) 50 cm. B) 30 cm. C) 60 cm. (P.A.U. Set. 13) 8. Dous espellos planos están colocados perpendicularmente entre si. Un raio de luz que se despraza nun terceiro plano perpendicular ós dous, reflíctese sucesivamente nos dous espellos. O raio reflectido no segundo espello, con respecto ao raio orixinal: A) É perpendicular. B) É paralelo. C) Depende do ángulo de incidencia. (P.A.U. Set. 04) LENTES. 1. Nunha lente converxente, os raios que saen do foco obxecto: A) Converxen no foco imaxe. B) Emerxen paralelos. C) Non se desvían. 2. Nas lentes diverxentes a imaxe sempre é: A) Dereita, maior e real. B) Dereita, menor e virtual. C) Dereita, menor e real. 3. Ao atravesar unha lente delgada, un raio paralelo ao eixe óptico: A) Non se desvía. B) Desvíase sempre. C) Desvíase ou non, dependendo do tipo de lente. (P.A.U. Set. 98) (P.A.U. Xuño 03, Xuño 06) (P.A.U. Set. 98) 4. Se se desexa formar unha imaxe virtual, dereita e de menor tamaño que o obxecto, débese utilizar: A) Un espello cóncavo. B) Unha lente converxente. C) Unha lente diverxente. (P.A.U. Xuño 07)

6 Física P.A.U. ÓPTICA 6 5. Si con un instrumento óptico se forma unha imaxe virtual, dereita e de maior tamaño que o obxecto, trátase de: A) Unha lente diverxente. B) Un espello convexo. C) Unha lente converxente. (P.A.U. Xuño 10, Xuño 09) ONDAS LUMINOSAS 1. 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. (P.A.U. Xuño 04) 2. A luz visible abarca un rango de frecuencias que van desde (aproximadamente) 4, Hz (vermello) ate 7, Hz (ultravioleta). Cal das seguintes afirmacións é correcta? A) A luz vermella ten menor lonxitude de onda que a ultravioleta. B) A ultravioleta é a mais enerxética do espectro visible. C) Ambas aumentan a lonxitude de onda nun medio con maior índice de refracción co aire. (P.A.U. Xuño 10) 3. Nunha onda de luz: A) Os campos eléctrico E e magnético B vibran en planos paralelos. B) Os campos E e B vibran en planos perpendiculares entre si. C) A dirección de propagación é a de vibración do campo eléctrico. (Debuxa a onda de luz). (P.A.U. Xuño 14) LABORATORIO 1. Fai un esquema da práctica de óptica, situando o obxecto, a lente e a imaxe debuxando a marcha dos raios. (P.A.U. Xuño 97) 2. Na práctica de óptica, púidose e como determinar a distancia focal da lente? (P.A.U. Xuño 14, Set. 98) 3. Disponse dunha lente delgada converxente. Describe brevemente un procedemento para coñecer o valor da súa distancia focal. (P.A.U. Set. 06) 4. Se nunha lente converxente un obxecto situado no eixe óptico e a 20 cm non forma imaxe, cal é a potencia e a distancia focal da lente? Debuxa a marcha dos raios. Como sería a imaxe se s = 10 cm? (P.A.U. Set. 99) 5. No laboratorio traballas con lentes converxentes e recolles nunha pantalla as imaxes dun obxecto. Explica o que sucede, axudándoche do diagrama de raios, cando sitúas o obxecto a unha distancia da lente inferior á súa distancia focal. (P.A.U. Set. 14) 6. Que clase de imaxes se forman nunha lente converxente se o obxecto se encontra a unha distancia inferior á focal? E se se encontra na focal? Debuxa a marcha dos raios. (P.A.U. Xuño 00) 7. 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 que clase de imaxe se forma (real ou virtual, dereita ou invertida) e que ocorre co aumento. (P.A.U. Xuño 00 e Set. 03)

7 Física P.A.U. ÓPTICA 7 8. Cunha lente converxente deséxase formar unha imaxe virtual, dereita e aumentada. Onde debe colocarse o obxecto? Fai un esquema da práctica. (P.A.U. Set. 00) 9. Na práctica da lente converxente debuxa a marcha dos raios e a imaxe formada dun obxecto cando: a) Se sitúa no foco. b) Se sitúa entre o foco e o centro óptico. (P.A.U. Xuño 10, Xuño 02) 10. Nunha lente converxente, se coloca un obxecto entre o foco e a lente, como é la imaxe? (Debuxa a marcha dos raios) (P.A.U. Set. 02) 11. 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. (P.A.U. Xuño 04) 12. Disponse dun proxector cunha lente delgada converxente, e deséxase proxectar unha transparencia de xeito que a imaxe sexa real e invertida e maior que o obxecto. Explica como facelo. (Fai un debuxo amosando a traxectoria dos raios) (P.A.U. Xuño 05) 13. Na práctica da lente converxente, fai un esquema da montaxe experimental seguida no laboratorio, explicando brevemente a misión de cada un dos elementos empregados. (P.A.U. Set. 05) 14. Cun banco óptico de lonxitude l, obsérvase que a imaxe producida por unha lente converxente é sempre virtual. Como se pode interpretar isto? (P.A.U. Set. 10, Xuño 07) 15. Fai un esquema da práctica de óptica, situando o obxecto, a lente e a imaxe, e debuxando a marcha dos raios para obter unha imaxe dereita e de maior tamaño que o obxecto. (P.A.U. Set. 07) 16. Debuxa a marcha dos raios nunha lente converxente, cando a imaxe producida é virtual. (P.A.U. Set. 08) 17. Se na práctica de óptica xeométrica a lente converxente ten unha distancia focal imaxe de +10 cm, a que distancias da lente podes situar o obxecto para obter imaxes sobre a pantalla, e cúmprese que s + s' = 80 cm? Debuxa a marcha dos raios. (P.A.U. Set. 13) Cuestións e problemas das Probas de Acceso á Universidade (P.A.U.) en Galicia. Respostas e composición de Alfonso J. Barbadillo Marán, alfbar@bigfoot.com