1ο Κριτήριο Αξιολόγησης ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ-ΑΝΑΚΛΑΣΗ, ΙΑΘΛΑΣΗ- ΕΙΚΤΗΣ ΙΑΘΛΑΣΗΣ

Transcript

1 1 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. Φύση του φωτός - Ανάκλαση, διάθλαση - είκτης διάθλασης 2. ιασκεδασµός - Ανάλυση του φωτός από πρίσµα 3. Επαναληπτικό στο 1ο κεφάλαιο 4. Επαναληπτικό στο 1ο κεφάλαιο 11.

2 12.

3 1ο Κριτήριο Αξιολόγησης ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ-ΑΝΑΚΛΑΣΗ, ΙΑΘΛΑΣΗ- ΕΙΚΤΗΣ ΙΑΘΛΑΣΗΣ Ζήτηµα 1 ο Α. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση στις ερωτήσεις που ακολουθούν: 1. Λέγοντας ότι το φως έχει διπλή φύση εννοούµε ότι: α. Σε δύο διαφορετικά οπτικά µέσα, διαδίδεται µε διαφορετικές ταχύτητες. β. Συµπεριφέρεται και σαν κύµα και σαν σωµάτιο. γ. Μπορεί να αναλυθεί σε παραπάνω από µια µονοχρωµατικές ακτινοβολίες. δ. Όλα τα παραπάνω. 2. Όταν συµβαίνει διάθλαση του φωτός, έχουµε πάντα αλλαγή: α. της ταχύτητας διάδοσης, του µήκους κύµατος και της διεύθυνσης διάδοσης. β. της ταχύτητας διάδοσης και της συχνότητας. γ. του µήκους κύµατος και της συχνότητας. δ. της ταχύτητας διάδοσης και του µήκους κύµατος. 3. Στην ανάκλαση του φωτός εκδηλώνεται: α. η σωµατιδιακή φύση του φωτός β. η κυµατική φύση του φωτός γ. και οι δύο φύσεις γιατί είναι ιδιότητα και κύµατος και σωµατιδίου. δ. η κβάντωση της ενέργειας των φωτονίων. 4. Όταν το φως πέφτει πλάγια στη διαχωριστική επιφάνεια δύο µέσων και αλλάζει µέσο διάδοσης: α. συγκλίνει προς την κατακόρυφο, αν περνάει από οπτικά πυκνότερο σε αραιότερο µέσο. β. συγκλίνει προς την κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια, αν περνάει από οπτικά αραιό σε οπτικά πυκνότερο µέσο. γ. αποκλίνει από την κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια, αν περνάει από οπτικά αραιό σε οπτικά πυκνότερο µέσο. δ. αλλάζει διεύθυνση διάδοσης, χωρίς να µπορεί να γίνει πρόβλεψη για την πορεία του. Β. Να γίνει η αντιστοίχιση των θεωριών και φαινοµένων της στήλης Α µε τον αντίστοιχο Φυσικό της στήλης Β. 13.

4 1ο ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Φύση του φωτός-ανάκλαση, ιάθλαση- είκτης διάθλασης Α α. Φωτοηλεκτρικό φαινόµενο β. Κλασική σωµατιδιακή θεωρία φωτός γ. Κβαντική θεωρία δ. Ηλεκτροµαγνητική θεωρία Β 1. Maxwell 2. Huygens 3. Planck 4. Einstein 5. Bohr 6. Newton 7. Young Ζήτηµα 2 ο Α. 1. Πως ορίζεται ο δείκτης διάθλασης ενός οπτικού µέσου; Μονάδες 6 2. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν σαν σωστές ή λάθος. α. Ο δείκτης διάθλασης ενός αραιού οπτικού µέσου µπορεί να είναι n = 0,. Mονάδες 2 β. Το νερό έχει µόνο ένα δείκτη διάθλασης. Μονάδες 2 γ. Αν δύο οπτικά µέσα Α και Β έχουν για το ίδιο µονοχρωµατικό φως δείκτες διάθλασης n A και n B (µε n A >n B ), τότε το Α είναι πυκνότερο από το Β. Μονάδες 2 Β. Στο σχήµα βλέπουµε µια ακτίνα µονοχρωµατικού φωτός, η οποία πέφτει στη διαχωριστική επιφάνεια δύο οπτικών µέσων, για τα οποία ισχύει ότι n A <n B και ταυτόχρονα ανακλάται και διαθλάται. 1. Να συµπληρωθούν στο σχήµα η ανακλώµενη και η διαθλώµενη ακτίνα. 14.

5 1ο ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Φύση του φωτός-ανάκλαση, ιάθλαση- είκτης διάθλασης 2. Στο παρακάτω σχήµα, όπου φαίνεται η µορφή του κύµατος, το µέσο Α είναι το: α. αριστερά στη σελίδα β. δεξιά στη σελίδα. 3. Ο λόγος των ταχυτήτων του φωτός στα δύο µέσα α. µεγαλύτερη από τη µονάδα β. µικρότερη από τη µονάδα. γ. ίση µε τη µονάδα. Ζήτηµα 3 ο A B έχει τιµή: Μονάδες 4 Μονάδες 4 Μονοχρωµατική ακτινοβολία έχει µήκος κύµατος στο κενό λ ο = 600nm. 1. Ποια η συχνότητά της; Μονάδες 6 2. Πόση ενέργεια µεταφέρει ένα φωτόνιο της ακτινοβολίας αυτής; Μονάδες 6 3. Το ίδιο φως διαδίδεται σ ένα οπτικό µέσο µε n = 1,2 για το φως αυτό. α. Ποια η ταχύτητα του φωτός στο µέσο αυτό; Μονάδες 6 β. Πόσα µήκη κύµατος χωράνε σε µια απόσταση d = 50cm µέσα στο µέσο αυτό; Μονάδες 7 ίνονται: Ζήτηµα 4 ο o 34 = 3 10 m / s, h = 6,63 10 J s. Μονοχρωµατική ακτινοβολία που διαδίδεται στο αέρα, προσπίπτει πλάγια στην ήρεµη επιφάνεια νερού και συνεχίζει να διαδίδεται σ αυτό, χάνοντας το 20% της ταχύτητάς της. α. Να σχεδιαστεί η πορεία του φωτός και να υπολογιστεί ο δείκτης διάθλασης του νερού για το φως αυτό. Μονάδες

6 1ο ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Φύση του φωτός-ανάκλαση, ιάθλαση- είκτης διάθλασης β. Ένα φωτόνιο µέσα στο νερό µεταφέρει ενέργεια E = 3,97 10 J. 1. Ποιο το µήκος κύµατος του φωτός αυτού στο νερό και ποιο στο κενό; Μονάδες Είναι ορατή η ακτινοβολία αυτή ή όχι; 19 ίνονται: o 34 = 3 10 m / s, h = 6,63 10 J s. 16.

7 1ο ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Φύση του φωτός-ανάκλαση, ιάθλαση- είκτης διάθλασης Ζήτηµα 1 ο Α. 2. Η διεύθυνση δεν αλλάζει πάντα (όταν το φως πέφτει κάθετα στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο µέσων. δεν εκτρέπεται). Α. 1. β 2. δ 3. α 4. β Β. α. 4 β. 6 γ. 3 δ. 1 Ζήτηµα 2 ο Α. 2. Το n>1 για όλα τα µέσα, πλην αέρα και κενού, όπου n = 1. Β. 1. Είναι π = α και δ<π, αφού το µέσο Β είναι πιο πυκνό απ το Α. Α. 1. Βλέπε σχολικό βιβλίο σελ α. Λ β. Λ γ. Σ Β β 3. α Ζήτηµα 3 ο 1. Είναι o o 7 310m/s 14 =λf f = = = 5 10 Hz. λ 610 m Είναι E = hf E = 6,63 10 J s5 10 Hz 17.

8 1ο ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Φύση του φωτός-ανάκλαση, ιάθλαση- είκτης διάθλασης E = 33, J. o o 3. α. n = = = 2,5 10 m / s. n β. 2 d m N = = = 10 7 λ 510 m 6 λο 600nm όπου λ = = = 500nm. n 1,2 Ζήτηµα 4 ο α. Η ακτίνα συγκλίνει προς την κάθετη. 0 α. Είναι = o 100 = 2,4 10 m /s o 3 10 και n = = = 1,25. 2,4 10 β. 1. Είναι E = hf (1) και = λf f = (2) λ Από (1), (2) Ε = h λ h λ = = 4 10 E λ Aκόµα n = ο λο = λ n 500nm. λ = 7 m ή 400mn. β.2. Η ορατή ακτινοβολία έχει µήκη κύµατος από 400nm εως 700nm. 2. Αφού λ o = 500nm, η ακτινοβολία ανήκει στο φάσµα του ορατού φωτός. 1.

9 2o Κριτήριο Αξιολόγησης ΙΑΣΚΕ ΑΣΜΟΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΑΠΟ ΠΡΙΣΜΑ Ζήτηµα 1 ο Α. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση στις ερωτήσεις που ακολουθούν: 1. Ένα υλικό παρουσιάζει διασκεδασµό. Η σχέση του δείκτη διάθλασης n σε σχέση µε το µήκος κύµατος είναι: 2. Για την εµφάνιση του ουράνιου τόξου, συνδιάζονται τα φαινόµενα: α. της ολικής ανάκλασης και της διάθλασης. β. της ανάκλασης και της διάθλασης. γ. του διασκεδασµού και της διάθλασης. δ. του διασκεδασµού, της ανάκλασης και της διάθλασης. Μονάδες 4 3. Το λευκό φως α. αποτελείται από έξι διαφορετικές συχνότητες. β. αποτελείται από µια συχνότητα µόνο, είναι δηλαδή µονοχρωµατικό φως. γ. αποτελείται από φωτόνια µε συχνότητες που παίρνουν όλες τις τιµές ανάµεσα στα 400Hz και στα 700Hz. δ. µπορεί να αναλυθεί σε µια ταινία που περιλαµβάνει γνωστά χρώµατα. Μονάδες 4 19.

10 2ο ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ιασκεδασµός, Ανάλυση του φωτός από πρίσµα. 4. Η γωνία εκτροπής των διαφόρων χρωµάτων όταν αυτά διέρχονται µέσα από πρίσµα: α. µεγαλώνει όσο µεγαλώνει και το µήκος κύµατος. β. µεγαλώνει όσο µειώνεται το µήκος κύµατος. γ. δεν εξαρτάται από το µήκος κύµατος, αλλά από το υλικό του πρίσµατος. δ. είναι ίδια για όλα τα χρώµατα. Μονάδες 4 Β. Να αντιστοιχίσετε την κάθε ακτινοβολία της στήλης Α µε τις ιδιότητές της της στήλης Β. Α α. Υπέρυθρη ακτινοβολία β. Υπεριώδης ακτινοβολία Β 1. Μεγαλύτερη συχνότητα 2. Μεγαλύτερο µήκος κύµατος 3. Προκαλούν βλάβες στα κύτταρα 4. Προκαλούν φθορισµό 5. Προκαλούν θέρµανση 6. Έχουν χηµική δράση 7. Ανιχνεύονται από φωρατές. Αποστειρώνουν ιατρικά εργαλεία. 9. Μεγάλη απορρόφηση από οµίχλη Ζήτηµα 2 ο Α. Στο σχήµα βλέπουµε δύο πρίσµατα τοποθετηµένα διαδοχικά, µε n B >n A. Mια ακτίνα µονοχρωµατικού φωτός διαδίδεται στο αέρα, διέρχεται από τα δυο πρίσµατα και ξαναβγαίνει στο αέρα. Αν η πορεία στο πρίσµα Α είναι αυτή που σηµειώνεται στο σχήµα, να σχεδιάσετε την υπόλοιπη πορεία της ακτίνας, εξηγώντας τις επιλογές σας. Μονάδες 10 Β. Κατά την ανάλυση του λευκού φωτός από ένα πρίσµα να εξηγήσετε πως µεταβάλλεται καθώς πηγαίνουµε από φως µεγαλύτερου σε φως µικρότερου µήκους κύµατος: α. ο δείκτης διάθλασης β. η ταχύτητα του φωτός γ. η συχνότητα του φωτός 20.

11 2ο ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ιασκεδασµός, Ανάλυση του φωτός από πρίσµα. Ζήτηµα 3 ο ύο ακτίνες µονοχρωµατικού φωτός, µία πράσινη και µια κόκκινη διαδίδονται µέσα στο νερό σε παράλληλες διευθύνσεις και πλάγια ως προς την επιφάνειά του. Οι ακτίνες προσπίπτουν στην επιφάνεια, διαθλώνται και εξέρχονται στον αέρα. α. Θα είναι παράλληλες οι δύο ακτίνες και στον αέρα ή όχι και γιατί; Να σχεδιάσετε στο ίδιο σχήµα όλη την πορεία τους. Μονάδες 10 β. Αν n K και n Π οι δείκτες διάθλασης του νερού για τις δύο ακτίνες, να σχολιάσετε την n K λ = Π όπου λπ και λ Κ τα µήκη κύµατος του πράσινου και ορθότητα της πρότασης: n Π λκ του κόκκινου φωτός στο νερό αντίστοιχα. γ. Το φωτόνιο ποιας ακτινοβολίας µεταφέρει µικρότερο ποσό ενέργειας και γιατί; δ. Να χαρακτηρίσετε την πρόταση που ακολουθεί σαν σωστή ή λάθος, εξηγώντας ταυτόχρονα και το γιατί: Ο λόγος των ταχυτήτων της πράσινης και της κόκκινης ακτίνας µέσα στο νερό είναι ίδιος µε το λόγο των ταχυτήτων τους στον αέρα. Ζήτηµα 4 ο ύο ακτίνες µονοχρωµατικού φωτός, µια κόκκινη και µια µπλε, διαδίδονται µέσα σε γυαλί, το οποίο παρουσιάζει για τα δυο χρώµατα δείκτες διάθλασης 3 n 1 = και 2 4 n 2 =. 3 α. Ποιος δείκτης διάθλασης αντιστοιχεί σε κάθε χρώµα και γιατί; Μονάδες 7 β. Ποια η διαφορά χρόνου των δυο ακτίνων για να διανύσουν µια απόσταση d = 3cm µέσα στο γυαλί; Μονάδες γ. Αν τα µήκη κύµατος των δύο ακτινοβολιών στο κενό είναι: λ οκ =660nm και λ οµ =440nm, πόσα φωτόνια της κόκκινης ακτινοβολίας µεταφέρουν µέσα στο γυαλί ενέργεια ίση µε αυτή που µεταφέρουν 100 φωτόνια της µπλε ακτινοβολίας; Μονάδες 10 ίνεται το = 3 10 m / s o 21.

12 2ο ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ιασκεδασµός, Ανάλυση του φωτός από πρίσµα. Ζήτηµα 1 ο A. 1. α 2. α 3. δ 4. β Β. α. 2, 5, 7 β. 1, 3, 4, 6,, 9. Ζήτηµα 2 ο Α. Κατά την είσοδο απ τον αέρα στο πρίσµα Α, συγκλίνει. Κατά την µετάβαση απ το πρίσµα Α στο πρίσµα Β, συγκλίνει πάλι, αφού n B >n A. Τέλος, κατά την έξοδο, αποκλίνει πάλι. Β. α. Όσο το λ αυξάνεται, το n µειώνεται λόγω του φαινοµένου του διασκεδασµού. o o β. Αφού nερ < n ιωδ < ερ > ιωδ, δηλαδή η ταχύτητα είναι µεγαλύτερη στο ερυθρό και ερ ιωδ µειώνεται προς το ιώδες. Άρα όσο το λ µειώνεται, µειώνεται και το. γ. Είναι (στο κενό) ο = λ f = σταθ., άρα τα λ και f είναι αντιστρόφως ανάλογα. Έτσι, όσο πηγαίνουµε από το ερυθρό στο ιώδες φως, η f αυξάνεται και βεβαίως το συµπέρασµα ισχύει σε όλα τα οπτικά µέσα, αφού το f = σταθ. για όλα τα χρώµατα σε κάθε µέσο. Ζήτηµα 3 ο α. Οι δύο ακτίνες αποκλίνουν από την ευθύγραµµη πορεία 22.

13 2ο ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ιασκεδασµός, Ανάλυση του φωτός από πρίσµα. τους (αφού βγαίνουν σε αραιότερο µέσο, αποµακρύνονται από την κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια). Όµως, η πράσινη θα αποκλίνει περισσότερο από την κόκκινη, άρα οι δύο ακτίνες θα πάψουν να είναι παράλληλες. β. Το λ Ο κάθε χρώµατος είναι διαφορετικό κι έτσι έχουµε όλες τις πιθανές τιµές 400nm λ Ο 700nm. γ. Για την απόδειξη της σχέσης των f, δες και το θέµα 2Β. β. Είναι n n K π λοκ = λ n λ λ = λ n λ λ = λ Π Κ K ΟΚ Π ΟΠ Π ΟΠ Κ. Έτσι η πρόταση είναι λάθος, αφού λοκ λοπ. γ. Από τον τύπο Ε = hf, βλέπουµε ότι λιγότερη ενέργεια µεταφέρει το φωτόνιο µε το µικρότερο f. Ξέρουµε όµως ότι λ Κ >λ Π f K <f Π, άρα το φωτόνιο της κόκκινης ακτινοβολίας είναι αυτό µε τη µικρότερη ενέργεια. δ. Η πρόταση είναι προφανώς λάθος, γιατί στο νερό Π K, ενώ στο αέρα και οι δύο ακτινοβολίες έχουν ταχύτητα O. Zήτηµα 4 o α. Από το φαινόµενο του διασκεδασµού ξέρουµε ότι όσο το λ αυξάνει, το n µειώνεται, άρα, αφού το κόκκινο έχει το µεγαλύτερο λ, θα έχει και το µικρότερο n. Άρα: 4 3 n κ = και n µ =. 3 2 β. Οι δύο ακτίνες διαδίδονται µε ευθύγραµµη οµαλή κίνηση, d άρα: t = (1) Όµως o o n = = (2) n (1) d dn t = t =. ( 2) o o n Εφαρµόζουµε τη σχέση αυτή για τις δυο ακτινοβολίες και παίρνουµε: 23.

14 2ο ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ιασκεδασµός, Ανάλυση του φωτός από πρίσµα. dn κ t κ =, o dnµ d t µ = και t = tµ t κ = (nµ n κ ) o o t = 6 s. γ. ουλεύουµε µε τις τιµές λ Ο, αφού η ενέργεια των φωτονίων είναι ίδια και στο κενό και σε οποιοδήποτε άλλο µέσο. E = hf γ. Είναι ho o Ε =. f = λο λ ο Από τη σχέση αυτή έχουµε για την ολική ενέργεια των δύο ακτινοβολιών: Ε OΛκ = Ε ΟΛµ Ν κ h λ οκ o = Ν µ h λ οµ o Νκ λοκ = = = Νκ = 150 φωτόνια. Ν λ µ οµ 24.