ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β και Γ ΛΥΚΕΙΟΥ.

Transcript

1 ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β και Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ : ΤΟ ΦΩΣ,( ΚΕΦ. Γ ΛΥΚΕΙΟΥ και ΚΕΦ.3 Β ΛΥΚΕΙΟΥ) ΘΕΜΑ Α Να επιλέξετε την σωστή πρόταση χωρίς να δικαιολογήσετε την απάντηση σας.. Οι Huygens και Young κατά τη πειραματική μελέτη του φωτός διαπίστωσαν ότι : α) έχει σωματιδιακή μορφή β) δεν έχει κυματική συμπεριφορά. γ) είναι διάμηκες κύμα δ) είναι εγκάρσιο κύμα.. Μια υπέρυθρη ακτίνα φωτός έχει : α) μεγαλύτερη ενέργεια από μια ορατή ακτίνα β) μεγαλύτερο μήκος κύματος από μια υπεριώδη ακτίνα. γ) μεγαλύτερη συχνότητα από μια ορατή ακτίνα. δ) μεγαλύτερη ενέργεια από μια υπεριώδη ακτίνα. 3. «Η συχνότητα μιας ακτίνας φωτός όταν διαπερνά μια διαχωριστική επιφάνεια δυο διάφανων οπτικών μέσων παραμένει σταθερή». Ποια από τις παρακάτω προτάσεις που αφορούν την παραπάνω, είναι η σωστή. α) Η πρόταση ισχύει μόνο όταν η ακτίνα διέρχεται από το κενό σε διάφανο οπτικό μέσο ή το αντίθετο. β) Επειδή ισχύει η παραπάνω πρόταση, η διαχωριστική επιφάνεια ούτε εξαφανίζει υπάρχοντα, ούτε δημιουργεί νέα κύματα. γ) Η πρόταση είναι λανθασμένη γιατί ο αριθμός των μηκών κύματος που προσπίπτουν στη διαχωριστική επιφάνεια,ανά μονάδα χρόνου είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των μηκών κύματος που διέρχονται από αυτήν ανά μονάδα χρόνου. δ) Η πρόταση ισχύει γιατί όταν η ακτίνα φωτός διαπερνά τη διαχωριστική επιφάνεια το μήκος κύματός της παραμένει σταθερό. 4. Η ενέργεια ενός φωτονίου σε οπτικό μέσο: α) είναι ανάλογη της ταχύτητας του φωτονίου στο οπτικό μέσο β) είναι ανάλογη του μήκους κύματος που παρουσιάζει στο οπτικό μέσο γ) είναι ανάλογη της συχνότητάς του δ) είναι ανεξάρτητη από την ταχύτητα,το μήκος κύματος και τη συχνότητα του φωτονίου στο μέσο. 5. Ο δείκτης διάθλασης του νερού είναι : α) μεγαλύτερος για την ιώδη ακτινοβολία β) μεγαλύτερος για την ερυθρή ακτινοβολία

2 γ) μεγαλύτερος για την ορατή ακτινοβολία με την μικρότερη ισχύ. δ) ίδιος για όλες τις ορατές ακτινοβολίες. ΘΕΜΑ Β. Σε ένα πείραμα Ν φωτόνια ακτινοβολίας μήκους κύματος λ διέρχονται μέσα από διάφανο οπτικό μέσο που παρουσιάζει δείκτη διάθλασης n, εξερχονται ολα και προσπίπτουν σε νερό. Το νερό θερμαίνεται με την απορρόφηση της ακτινοβολίας και παρουσιάζει μεταβολή θερμοκρασίας Δθ. Στην συνέχεια το ίδιο πλήθος φωτονίων προσπίπτει στη ίδια ποσότητα νερού χωρίς την ενδιάμεση παρέμβαση του διάφανου οπτικού μέσου με αποτέλεσμα το νερό να μεταβάλλει την θερμοκρασία του κατά Δθ. Για τις μεταβολές της θερμοκρασίας του νερού ισχύει : α) Δθ = Δθ β) Δθ > Δθ γ) Δθ < Δθ Να επιλέξετε την σωστή πρόταση και να δικαιολογήσετε την απάντηση σας. Μονάδες +5.. Μια ιώδη ακτίνα φωτός( 4nm )και μια ερυθρή ακτίνα φωτός( nm ) εισέρχονται ταυτόχρονα από το κενό σε διάφανο οπτικό μέσο. Αν τα μήκη κύματος που εμφανίζουν οι δυο ακτίνες στο οπτικό μέσο είναι, ισχύει : α) 4 β) 4 γ) 4 γ) Να επιλέξετε την σωστή πρόταση και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες Στο διπλανό σχήμα μονοχρωματική ακτινοβολία φωτός εισέρχεται από το κενό σε διάφανο οπτικό μέσο, n=,5 το οποίο εμφανίζει για αύτη δείκτη διάθλασης n,5. Το μήκος κύματος της ακτινοβολίας στο μέσο είναι 6nm. Η ακτινοβολία αύτη : α) Είναι ορατή στο οπτικό μέσο και αόρατη στο κενό. β) Είναι ορατή και στο οπτικό μέσο και στο κενό. γ) Είναι αόρατη και στο οπτικό μέσο και στο κενό. Να επιλέξετε τη σωστή πρόταση και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες +4

3 4. Ένα παιδί κρατά στο χέρι του φακό και στέκεται δίπλα από μια πισινά γεμάτη με νερό. Ο φακός βρίσκεται στο σημείο Α και φωτίζει στο σημείο Β της ήρεμης επιφάνειας του νερού. Φακός Α Β Ζ Γ Δ Η διαθλώμενη δέσμη του φωτός του φακού προσπίπτει στο σημείο α) Γ β) Δ γ) Ζ Να επιλέξετε τη σωστή πρόταση και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες +4. ΘΕΜΑ Γ Μονοχρωματική ακτινοβολία μήκους κύματος λ στο κενό διέρχεται από ένα διάφανο οπτικό μέσο στον αέρα ( n ) και η ταχύτητά της μεταβάλλεται κατά %. Αν το μήκος κύματος της ακτινοβολίας στο οπτικό μέσο είναι 5nm να υπολογίσετε. Γ. Τον δείκτη διάθλασης του οπτικού μέσου. Μονάδες 6 Γ. Το μήκος κύματος της ακτινοβολίας στο κενό. Μονάδες 6 Γ3. Την ποσοστιαία μεταβολή του μήκους κύματος όταν η ακτινοβολία διέρχεται από τον αέρα στο οπτικό μέσο. Μονάδες Γ4. Το πλήθος των φωτονίων της ακτινοβολίας που μπορούν να αυξήσουν την θερμοκρασία μάζας m,5kg νερού κατά 4 C Μονάδες Δίνονται : c 3 m / s, h 6,6 J s Για να αυξηθεί η θερμοκρασία ενός κιλού νερού κατά C απαιτείται ενέργεια Q=65J, με Q mc όπου c σταθερά, m η μάζα και Δθ η μεταβολή της θερμοκρασίας. 3

4 ΘΕΜΑ Δ. Στο σχήμα ορατή μονοχρωματική ακτινοβολία φωτός, μήκους κύματος στο κενό, διέρχεται μέσα από την διάφανη γυάλινη πλάκα () πάχους d 5m ακολουθόντας οριζόντια πορεία. Η ακτίνα εξέρχεται της πλάκας και προσπίπτει κάθετα σε άλλη διάφανη γυάλινη πλάκα () πάχους d 6m. Η ακτίνα εισέρχεται στην πλάκα () d d λ () () Κάτοπτρο ανακλάται (ακαριαία) στο κάτοπτρο και εξέρχεται της πλάκας με αντίθετη φορά. Για την προαναφερθείσα πορεία, η χρονική διάρκεια παραμονής της ακτινοβολίας στις δυο γυάλινες πλάκες είναι η ίδια, ενώ η χρονική καθυστέρησή της,λόγο της παρουσίας 8 της πλάκας (), είναι ιση με t 3 s. Αν λευκό φως προσπέσει κάθετα στην γυάλινη πλάκα () μόνο δέκα μονοχρωματικές ακτινοβολίες έχουν μικρότερη ταχύτητα από την μέσα στην πλάκα. Δ. Να υπολογίσετε το χρονικό διάστημα στο οποίο η ακτινοβολία διανύει την απόσταση d στο κενό. Μονάδες 3 Δ. Να υπολογίσετε την δείκτη διάθλασης n της πλάκας () για την. n Δ3. Να υπολογίσετε το πηλίκο n όπου n ο δείκτης διάθλασης της γυάλινης πλάκας (). Μονάδες 4 Δ4. Να προσδιορίσετε το μήκος κύματος. Δ5. Να υπολογίσετε τον αριθμό των μηκών κύματος της ακτινοβολίας στην πλάκα () που αντιστοιχούν σε πάχος d. Μονάδες 4 4

5 Δ6. Να προσδιορίσετε το μήκος κύματος στο κενό μιας ακτινοβολίας που έχει το % της ενέργειας που έχει η ορατή ακτινοβολία μήκους κύματος. Να αναφέρεται επίσης σε ποιά κατηγορία του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος ανήκει. Μονάδες 4 Δίνεται : c m s. 8 3 / Οι απαντήσεις 5

6 Σύντομες απαντήσεις : ΘΕΜΑ Α :.Δ. Β 3.Β 4.Γ 5.Α ΘΕΜΑ Β Β. Σωστή η α) Η ενέργεια ενός φωτονίου εξαρτάται απο την συχνότητα και αυτή δεν μεταβάλλεται κατά τη διελευσή του από το οπτικό μέσο. Η ολική ενέργεια των φωτονίων και στις δυο περιπτώσεις ειναι η ίδια άρα για τις μεταβολές της θερμοκρασίας του νερού ισχύει Δθ = Δθ. Β. Σωστή η γ) Σε κάθε μονοχρωματική ακτινοβολία αντιστοιχεί διαφορετικός δείκτης διάθλασης σύμφωνα με το φαινόμενο του διασκεδασμού. ni και n. i nm Αλλά ni n. 4nm 4 Β3. Σωστή η γ) Η ορατότητα μια ακτινοβολίας απο το ανθρώπινο μάτι έχει να κάνει με τη συχνότητα της που παραμένει αναλοίωτη κατά τη μετάβαση απο ένα οπτικό μέσο σε ένα άλλο. Οι ορατές συχνότητες αφορούν τις ακτινοβολίες που έχουν μήκος κύματος στο κενό από 4nm εως nm. Θα βρούμε το μήκος κύματος στο κενό της ακτινοβολίας: n n,5 6 9nm Η ακτινοβολία αυτή δεν ανήκει στο ορατό φάσμα και ειναι αόρατη παντού και στο κενό και σε οποιοδήποτε διάφανο οπτικό μέσο. Αν άνηκε στο ορατό φάσμα θα ήταν οράτη και στο κενό και σε οποιοδήποτε διάφανο οπτικό μέσο με το χρώμα της αναλοίωτο. Β.4 Σωστή η α). Φέρνουμε την κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια στο σημείο πρόσπτωσης. Επειδή η ακτίνα φωτός διέρχεται απο τον αέρα στο νερό, που εχει μεγαλύτερο δείκτη διάθλασης, τοτε η διαθλώμενη ακτίνα πλησιάζει τη κάθετο στην διαχωριστική επιφάνεια, οπότε η γωνία διάθλασης είναι μικρότερη απο την γωνία πρόσπτωσης. ΘΕΜΑ Γ Γ. Απο την εκφώνηση: c c % c Τελικό μέσο είναι ο αέρας και αρχικό μέσο το διάφανο οπτικό οπότε : c c c % c c c, c c, c c (), 6

7 c c Με την χρήση της (): n n, c c., Γ. n n, 5 6nm 6nm. 5nm 6nm Γ3. % % % %. 6nm 6 Γ4. Για m kg νερού και C απαίτειται ενέργεια Q=65J. Για m,5kg νερού και 4 C απαιτείται ενέργεια Q' Q 33J. Αυτό προκύπτει απο τις αναλογίες στον τύπο Q mc. c 9 Η ενέργεια ενός φωτονίου της ακτινοβολίας είναι : E h f h 3,3 J Q ' 33 Ισχύει : Q ' N E φωτόνια. 9 E 3,3 ΘΕΜΑ Δ. x d d 5 Δ. c t s t 8 5 t t c 3 8 t t t s Δ. ειναι 3 οπου t η χρονική διάρκεια διέλευσης της ακτίνας από το μέσο (). d d d t t t t n t ( n ) c c c ( n ) 5 n,6 n,6 d d Δ3. Για το μέσο () : c και για το μέσο () στον ίδιο χρόνο t : c t t c d n c c t d m (). n c c d d 5m 5 c t Δ4. Σύμφωνα με την εκφώνηση αν λευκό φως προσπέσει κάθετα στην γυάλινη πλάκα () μόνο δέκα μονοχρωματικές ακτινοβολίες έχουν μικρότερη ταχύτητα από την μέσα στην πλάκα. Η μονοχρωματική ακτινοβολία με την μικρότερη ταχύτητα στην πλάκα,σύμφωνα με το διάγραμμα του διασκεδασμού είναι η 4nm. Η πρώτη είναι η 4nm, η δεύτερη είναι η 4nm οπότε η δέκατη είναι η 49nm. Αρα 4nm. 5 Δ5. Ειναι απο την σχεση () : n n 8 s

8 4nm Αλλά επίσης : n 5nm n d 6m 6 Για το ζητούμενο : N N μήκη κύματος.,5 m,5 Δ6. Η ορατή μονοχρωματική ακτινοβολία μήκους κύματος εχει ενέργεια Ε και συχνοτητα f. Η ζητούμενη ακτινοβολία έχει ενέργεια E ' % E E, οπότε και συχνότητα 5 f ' % f f. Αλλα c ' f ' f ' f f ' και ' 54 4nm Η ακτινοβολία αυτή είναι υπέρυθρη. 8