Exercicios de Física 04. Óptica

Transcript

1 Exercicios de Física 04. Óptica Problemas 1. Unha lente converxente ten unha distancia focal de 50 cm. Calcula a posición do obxecto para que a imaxe sexa: a) real e tres veces maior que o obxecto, b) real e a metade do obxecto, c) virtual e o dobre do obxecto. Debuxa en cada caso un esquema coa marcha de raios correspondente. 2. Calcula o lugar de formación da imaxe dun obxecto situado a 15 cm da parte anterior dunha lente de f' = +100 mm. Calcula o aumento logrado. 3. Dispomos dun espello convexo de radio de curvatura 1 m. Cómo é a imaxe dun obxecto real situado a 0,5 m de distancia? a) Real, invertida e de menor tamaño. b) Virtual, invertida e de maior tamaño. c) Virtual, dereita e de menor tamaño. Cal será o aumento lateral? 4. Un espello esférico forma unha imaxe virtual, dereita e de tamaño dobre co obxecto cando este está situado verticalmente sobre o eixo óptico e a 10 cm do espello. Calcula: a) A posición da imaxe. b) O radio de curvatura do espello. Nota: Debuxa a marcha dos raios. Sol. +20 cm; 40 cm Galicia, Un rayo de luz monocromática emerge desde el interior de un bloque de vidrio hacia el aire. Si el ángulo de incidencia es de 19,5º y el de refracción de 30º, a) Determina el índice de refracción y la velocidad de propagación de la luz en el vidrio. b) Como sabes, pueden existir ángulos de incidencia para los que no hay rayo refractado; es decir, no sale luz del vidrio. Explica este fenómeno y calcula los ángulos para los que tiene lugar. Datos: c = m s 1 ; n aire = 1. Sol. 1,50; m s 1 ; 41,8º Andalucía, :07:07

2 Física 04. Óptica Páxina 2 / El índice de refracción de un determinado tipo de vidrio vale 1,66 para la luz con una longitud de onda en el vacío de m y 1,61 cuando la longitud de onda es de m. Calcula los ángulos de refracción en cada caso si la luz incide desde el aire sobre el vidrio bajo un ángulo de 45º. Sol. 25,2º; 26,1º Asturias, Considera un espejo esférico cóncavo de 1 m de radio. Determina: a) Las posiciones sobre el eje óptico principal en las que hemos de colocar un objeto para conseguir que su imagen sea derecha. b) Las posiciones sobre el eje óptico principal en las que debemos colocar un objeto si deseamos que su imagen sea real. c) La posición del objeto si su imagen es real y el aumento lateral vale 1. Baleares, 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. Sol. +37,5 cm; 1,5 cm Galicia, 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. Galicia, Un coleccionista de sellos desea utilizar una lente convergente de distancia focal 5 cm como lupa para observar detenidamente algunos ejemplares de su colección. Calcula la distancia a la que debe colocar los sellos respecto a la lente si desea obtener una imagen virtual diez veces mayor que la original. Sol. 4,5 cm Valencia, 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.

3 Física 04. Óptica Páxina 3 / 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. Galicia, Dado un espello esférico de 50 cm de radio e un obxecto de 5 cm de altura situado sobre 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. Galicia, 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 15. 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: 16. 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 c) explica se a frecuencia e a lonxitude de onda correspondentes ao raio luminoso son distintas, ou non dentro A e fóra do prisma. C (n aire =1) Cuestións B 1. Comenta as seguintes afirmacións, indicando a súa veracidade ou falsidade: a) Se un rapaz estoupa unha bengala detrás dunha esquina, non vemos a luz pero si escoitamos o son que produce, xa que o son é unha onda e se pode difractar e a luz ten natureza corpuscular e sempre se propaga en liña recta. b) A luz é unha onda transversal, xa que se pode polarizar pero nunca se difracta nin produce interferencias destructivas.

4 Física 04. Óptica Páxina 4 / 11 c) A capa de ozono nos protexe dos raios ultravioletas procedentes do Sol, que son parte das ondas electromagnéticas que este emite. A luz visible e as microondas producidas nun forno tamén son ondas electromagnéticas. 2. Cando un raio de luz pasa do aire ó auga, NON cambia a : a) Velocidade de propagación. b) Frecuencia. c) Lonxitude de onda. Sol. b 3. Para afeitarse, unha persoa precisa ver a súa imaxe dereita e do maior tamaño posible. Que clase de espello debe usar? a) Plano. b) Cóncavo. c) Convexo. 4. Cando a luz pasa dun medio a outro de distinto índice de refracción, o ángulo de refracción é: a) Sempre maior co de incidencia. b) Sempre menor co de incidencia. c) Depende dos índices de refracción Sol. c 5. Nas lentes diverxentes a imaxe sempre é: a) Dereita, menor e virtual. b) Dereita, maior e real. c) Dereita, menor e real. 6. Nas lentes converxentes a imaxe é: a) Dereita, menor e virtual. b) Dereita, maior e real. c) Depende da posición do obxecto. Sol. a Sol. c 7. Dispomos dun espello convexo de raio de curvatura 1 m. Como é a imaxe dun obxecto real? a) Real, invertida e de menor tamaño.

5 Física 04. Óptica Páxina 5 / 11 b) Virtual, invertida e de maior tamaño. c) Virtual, dereita e de menor tamaño. Sol. c 8. Ao 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. 9. Nos autobuses urbanos colócase un espello sobre a porta para que o condutor poida observar o interior do autobús na súa totalidade. Como é o espello? a) Cóncavo b) Convexo. c) Plano. 10. Que clase de imaxes se forman nunha lente converxente si o obxecto se atopa a unha distancia superior ao dobre da distancia focal? Fai unha representación gráfica. 11. Realizando unha marcha de raios atópase graficamente a posición da imaxe dun obxecto, a mais do seu tamaño e orientación, ao través dunha lente converxente. Coincide a posición obtida graficamente coa experimental? 12. Fai un esquema da práctica de óptica, situando o obxecto, a lente e a imaxe, debuxando a marcha de raios. 13. Explica as características da imaxe segundo a situación da lente converxente, a orixe e a pantalla. 14. Nunha experiencia na que usamos un banco óptico de 50 cm de lonxitude, notamos que a imaxe producida por unha lente é sempre virtual, a pesar de que a lente é converxente. Que pode significar isto? 15. Cunha soa lente poden formarse imaxes maiores ou menores dun obxecto. Como se pode facer? 16. As gafas de corrección da miopía usan lentes que son: a) Converxentes. Sol. b Sol. b

6 Física 04. Óptica Páxina 6 / 11 b) Diverxentes. c) Cilíndricas. Xustifica a resposta 17. Un raio de luz que viaxa dun medio a outro de distinto índice de refracción, a) Sempre se desvía achegándose á normal? b) Será nalgún caso o ángulo de incidencia igual ao de refracción? Xustifica as respostas. 18. Una onda luminosa llega a la superficie de separación de dos medios de índices de refracción n 1 y n 2, con n 1 > n 2, según se indica en la figura. Es el ángulo de incidencia θ i mayor, igual o menor que el ángulo de refracción θ r? Qué sucedería si n 1 < n 2?. Galicia, Un haz de luz láser pasa de un medio a otro de índice de refracción menor. El ángulo de refracción será mayor o menor que el ángulo de incidencia? Justifica la respuesta. Galicia, Un raio luminoso que viaxa por un medio cuxo 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. Sol. c Galicia, Fai un esquema da práctica de óptica, situando o obxecto, a lente e a imaxe, debuxando a marcha dos raios. Galicia, 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. Galicia, Que clase de imaxes se forman nunha lente converxente se o obxecto se atopa a

7 Física 04. Óptica Páxina 7 / 11 unha distancia inferior á focal?, e se se atopa na focal? Debuxa a marcha dos raios. Galicia, Cunha lente converxente debuxa a marcha dos raios e o tipo de imaxe formada en cada un destes dous casos: a) Si a distancia obxecto, s, é igual ao dobre da focal, 2f. b) Si a distancia obxecto é igual á focal, f. Galicia, Fai un esquema gráfico explicando como podes usar unha lente converxente como lupa de aumento. Galicia, 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 de refracción n 2 (n 1 > n 2 ). Respecto do ángulo de incidencia, o de refracción será: a) Igual. b) Maior. c) Menor. Galicia, Nunha lente converxente, se se coloca un obxecto entre o foco e a lente, como é a imaxe?. Debuxa a marcha dos raios. Galicia, Nun espello esférico convexo a imaxe que se forma dun obxecto é: a) Real, invertida e de maior tamaño que o obxecto. b) Virtual, dereita e de menos tamaño que o obxecto. c) Virtual, dereita e de maior tamaño que o obxecto. Galicia, Na práctica da lente converxente debuxa a marcha dos raios e a imaxe formada dun obxecto cando: a) Se sitúa entre o foco e o centro óptico. b) Se sitúa no foco. 30. Qué se entiende por difracción de la luz? En qué condiciones se produce? Galicia, 2002

8 Física 04. Óptica Páxina 8 / 11 Asturias, Describe el funcionamiento de una lupa. Asturias, Qué es el índice de refracción de un material transparente? Su valor puede ser menor que uno? Baleares, Se considera un vaso cilíndrico lleno de agua hasta el borde. En el fondo hay un espejo plano. Un rayo de luz monocromática incide con un ángulo de 30º sobre la superficie. El rayo llega al espejo del fondo, se refleja y vuelve a salir a la superficie. a) Dibuja un esquema indicando la marcha del rayo. b) Calcula el ángulo que se ha desviado en total el rayo incidente. c) Para algún ángulo de incidencia, puede ocurrir una reflexión total del rayo al pasar del agua al aire? Justifícalo. Cantabria, Explica la dispersión de la luz blanca por un prisma óptico. Para qué luz, roja o violeta, presenta el prisma un menor índice de refracción? Castilla-La Mancha, Dada una lente delgada convergente, obtén de forma gráfica la imagen de un objeto situado entre el foco y la lente. Indica las características de dicha imagen. Castilla-La Mancha, Explica el funcionamiento óptico de una cámara fotográfica y de un proyector. Incluye los diagramas y esquemas oportunos. Castilla y León, En las lentes divergentes, la imagen siempre es: a) Derecha, mayor y real. b) Derecha, menor y virtual. c) Derecha, menor y real. 38. Nas lentes diverxentes a imaxe sempre é: a) Dereita, maior e real. b) Dereita, menor e virtual. c) Dereita, menor e real. Galicia, 2003 Galicia, 2003

9 Física 04. Óptica Páxina 9 / Cando se observa o fondo 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. Galicia, Que clase de imaxes se forman nunha lente converxente si o obxecto se atopa a unha distancia superior ao dobre da distancia focal? Fai unha representación gráfica. Galicia, Qué características tiene la imagen que se forma en un espejo cóncavo si el objeto se encuentra a una distancia mayor que el radio de curvatura? Dibújalo. Valencia, 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. 43. Na práctica da lente converxente explica si hai algunha posición do obxecto para a que a imaxe sexa virtual e dereita, e outra para que a imaxe sexa real, invertida e do mesmo tamaño que o obxecto. 44. 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 = 0,878v auga, o novo ángulo límite (medio/aire) será: a) Maior. b) Menor. c) Non se modifica. 45. A luz xerada polo Sol: a) está formada por ondas electromagnéticas de diferente lonxitude de onda; b) son ondas que se propagan no baleiro a diferentes velocidades; c) son fotóns da mesma enerxía.

10 Física 04. Óptica Páxina 10 / Dous espellos planos están colocados perpendicularmente entre si. Un raio de luz que se despraza nun terceiro plano perpendicular aos 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. 47. Disponse dun proxector cunha lente delgada converxente e deséxase proxectar unha transparencia de xeito que a imaxe sexa real, invertida e maior que o obxecto. Explica como facelo. Fai un debuxo mostrando a traxectoria dos raios. Galicia, 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 é maior que o ángulo de refracción. Galicia, 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) nos se observa radio refractado; c) o ángulo de incidencia é maior que o de refracción. Galicia, Na práctica da lente converxente, fai un esquema da montaxe experimental seguida no laboratorio, explicando brevemente a misión de cada un dos elementos empregados. Galicia, Cando a luz atravesa a zona de separación de dous medios, experimenta: a) difracción, b) refracción, c) polarización. Galicia, Nas lentes diverxentes a imaxe sempre é: a) dereita, menor e virtual; b) dereita, maior e real; c) dereita, menor e real. Galicia, A luz visible abrangue un rango de frecuencias que vai desde (aproximadamente) 4, Hz (vermello) ata 7, Hz (ultravioleta); cal das seguintes afirmacións é correcta? a) A luz vermella ten menor lonxitude de onda cá ultravioleta b) A ultravioleta é a máis enerxética do espectro visible c) Ambas aumentan a lonxitude de onda nun medio con maior índice de refracción có aire.

11 Física 04. Óptica Páxina 11 / Se cun 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 55. Cando un raio de luz monocromática pasa desde o aire á auga (n auga = 4/3), prodúcese un cambio: a) na frecuencia b) na lonxitude de onda c) na enerxía 56. 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