Fizyka Bez Stresu
Quiz do druku

Optyka fizyczna — sprawdź się

Klasa 2 (liceum — poziom podstawowy) 15 zadań 17 pkt ok. 35 min
Imię i nazwisko: Data: Wynik: / 17
Rozwiąż w przeglądarce Lekcja do tego quizu

  1. Zadanie 1

    1 pkt

    Które z poniższych zjawisk wymaga potraktowania światła jak fali (nie wystarcza model promienia z optyki geometrycznej)?

    • A. Załamanie promienia przy wejściu do wody
    • B. Powstawanie obrazu w soczewce skupiającej
    • C. Interferencja — nakładanie się fal dające jasne i ciemne prążki
    • D. Odbicie światła od płaskiego lustra pod równymi kątami

  2. Zadanie 2

    1 pkt

    Światło zielone ma częstotliwość $f = 5{,}5 \cdot 10^{14}\ \text{Hz}$. Oblicz jego długość fali w próżni. Przyjmij $c = 3 \cdot 10^{8}\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.

    Odpowiedź: m

  3. Zadanie 3

    1 pkt

    Która barwa światła widzialnego ma najkrótszą długość fali?

    • A. Czerwona — ok. $700\ \text{nm}$
    • B. Zielona — bo leży w środku widma
    • C. Fioletowa — ok. $400\ \text{nm}$
    • D. Wszystkie barwy mają tę samą długość fali

  4. Zadanie 4

    1 pkt

    Kiedy dyfrakcja (ugięcie) fali na szczelinie jest najsilniejsza?

    szeroka: prawie prosto wąska (≈ λ): rozchodzi się szeroko
    • A. Gdy rozmiar szczeliny jest porównywalny z długością fali
    • B. Gdy szczelina jest znacznie szersza od długości fali
    • C. Dyfrakcja nie zależy od rozmiaru szczeliny
    • D. Tylko wtedy, gdy światło jest białe

  5. Zadanie 5

    1 pkt

    Czym różni się dyfrakcja od załamania światła?

    • A. Dyfrakcja to ugięcie fali na przeszkodzie/szczelinie w tym samym ośrodku; załamanie to zmiana kierunku przy przejściu do innego ośrodka
    • B. Załamanie wymaga dwóch szczelin, a dyfrakcja jednej
    • C. Dyfrakcja zachodzi tylko dla dźwięku, a załamanie tylko dla światła
    • D. To dokładnie to samo zjawisko, tylko inaczej nazwane

  6. Zadanie 6

    1 pkt

    Podczas interferencji w miejscach wygaszenia panuje ciemność. Oznacza to, że część energii światła znika (zostaje zniszczona).

    Prawda Fałsz

  7. Zadanie 7

    3 pkt

    W doświadczeniu Younga używamy światła o długości fali $\lambda = 600\ \text{nm}$. Rozważamy dwa punkty na ekranie, do których fale z obu szczelin docierają z różnymi różnicami dróg $\Delta r$.

    prążki
    1. a)

      W punkcie A różnica dróg wynosi $\Delta r = 1800\ \text{nm}$. Jasny czy ciemny prążek?

      • A. Jasny — bo $\Delta r = 3\lambda$ (całkowita wielokrotność długości fali)
      • B. Nie da się określić bez znajomości koloru
      • C. Ciemny — bo różnica dróg jest różna od zera
    2. b)

      W punkcie B różnica dróg wynosi $\Delta r = 1500\ \text{nm}$. Jasny czy ciemny prążek?

      • A. Jasny — bo każda niezerowa różnica dróg daje wzmocnienie
      • B. Ciemny — bo $\Delta r = 2{,}5\lambda = (2+\tfrac12)\lambda$ (nieparzysta wielokrotność połowy fali)
      • C. Jasny — bo $1500\ \text{nm}$ to więcej niż długość fali
    3. c)

      Jaka najmniejsza niezerowa różnica dróg $\Delta r$ (w nm) daje kolejny jasny prążek (rząd $k = 1$)?

      Odpowiedź: nm

  8. Zadanie 8

    1 pkt

    Dla światła o długości fali $\lambda = 500\ \text{nm}$ oblicz różnicę dróg, przy której powstaje ciemny prążek rzędu $k = 1$ (czyli pierwszy warunek wygaszenia, $\Delta r = (k+\tfrac12)\lambda$). Podaj wynik w nm.

    Odpowiedź: nm

  9. Zadanie 9

    1 pkt

    Aby uzyskać stabilne prążki interferencyjne, wystarczy skierować na ekran światło z dwóch niezależnych żarówek ustawionych blisko siebie.

    Prawda Fałsz

  10. Zadanie 10

    1 pkt

    Ustawiamy jeden za drugim dwa polaryzatory ze skrzyżowanymi osiami (jedna pionowa, druga pozioma). Co zobaczymy na wyjściu i co to dowodzi?

    światło oś pionowa oś pozioma ciemno
    • A. Światło zostanie całkowicie wygaszone — to dowód, że światło jest falą poprzeczną
    • B. Światło zmieni barwę na fioletową
    • C. Światło przejdzie bez zmian — polaryzatory nic nie zmieniają
    • D. Ekran rozjaśni się dwukrotnie

  11. Zadanie 11

    1 pkt

    Dźwięk (fala podłużna) można spolaryzować tak samo jak światło.

    Prawda Fałsz

  12. Zadanie 12

    1 pkt

    Które stwierdzenie o świetle białym jest poprawne?

    • A. Białe światło powstaje tylko sztucznie i nie występuje w przyrodzie
    • B. Białe światło to mieszanina fal o wszystkich długościach z zakresu widzialnego
    • C. Białe światło nie ma długości fali, bo nie jest falą
    • D. Białe światło ma jedną, ściśle określoną długość fali

  13. Zadanie 13

    1 pkt

    Promień światła zielonego przechodzi z powietrza do wody. Co dzieje się z jego częstotliwością i długością fali, i czy zmienia się jego barwa?

    • A. Nie zmienia się nic — światło w wodzie zachowuje się identycznie jak w powietrzu
    • B. Częstotliwość się nie zmienia, długość fali maleje; barwa pozostaje ta sama
    • C. Zmienia się i częstotliwość, i długość fali, i barwa
    • D. Zmienia się częstotliwość, a długość fali zostaje stała; barwa się zmienia

  14. Zadanie 14

    1 pkt

    Mieniące się barwy bańki mydlanej to przede wszystkim efekt:

    • A. Rozpraszania światła, tak jak błękit nieba
    • B. Interferencji w cienkiej warstwie — światło odbite od górnej i dolnej powierzchni błonki nakłada się
    • C. Załamania światła w soczewce
    • D. Polaryzacji światła słonecznego

  15. Zadanie 15

    1 pkt

    Obserwując światło odległych galaktyk, astronomowie widzą przesunięcie ku czerwieni (barwa przesunięta w stronę większych długości fali). Co to oznacza według efektu Dopplera?

    • A. Galaktyki się od nas oddalają — dla oddalającego się źródła odbierana długość fali rośnie
    • B. Światło galaktyk zmienia barwę, bo przechodzi przez atmosferę Ziemi
    • C. Galaktyki są nieruchome, a barwa zmienia się przypadkowo
    • D. Galaktyki się do nas zbliżają

Klucz odpowiedzi

Klucz zaczyna się na nowej stronie. Aby wydrukować sam arkusz, dopisz ?klucz=0 na końcu adresu.

  1. 1.

    C

    Interferencja (a także dyfrakcja i polaryzacja) ujawnia falową naturę światła. Model promienia z optyki geometrycznej ich nie tłumaczy — potrzebna jest optyka fizyczna (falowa).

  2. 2.

    $5{,}45 \cdot 10^{-7}$ m

    Ze związku falowego $c = \lambda \cdot f$ wyznaczamy długość fali: $$\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3 \cdot 10^{8}\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}}{5{,}5 \cdot 10^{14}\ \tfrac{1}{\text{s}}} \approx 5{,}45 \cdot 10^{-7}\ \text{m} = 545\ \text{nm}$$ Gdzie $\lambda$ — długość fali [m], $c$ — prędkość światła, $f$ — częstotliwość [Hz]. Wynik $\approx 545\ \text{nm}$ leży w środku zakresu widzialnego — to barwa zielona.

  3. 3.

    C

    Zakres widzialny to ok. $400\ \text{nm}$ (fiolet) do $700\ \text{nm}$ (czerwień). Fiolet ma najkrótszą falę (i największą częstotliwość), a czerwień — najdłuższą.

  4. 4.

    A

    Dyfrakcja jest tym wyraźniejsza, im rozmiar szczeliny bliższy długości fali. Przy szczelinie porównywalnej z $\lambda$ fala za nią rozchodzi się szeroko, niemal kolisto — jak z punktowego źródła.

  5. 5.

    A

    Dyfrakcja nie potrzebuje granicy dwóch ośrodków — to ugięcie fali na przeszkodzie czy szczelinie. Załamanie zachodzi na granicy dwóch ośrodków (zależy od współczynnika załamania $n$).

  6. 6.

    Fałsz

    Fałsz. Energia się zachowuje — w miejscach wygaszenia jej nie ma, ale w miejscach wzmocnienia jest jej więcej. Interferencja jedynie przemieszcza energię z prążków ciemnych do jasnych, a nie niszczy jej.

  7. 7a.

    A

    $\tfrac{\Delta r}{\lambda} = \tfrac{1800}{600} = 3$ — liczba całkowita, więc $\Delta r = k\lambda$ dla $k = 3$. Spełniony jest warunek wzmocnienia → jasny prążek (fale docierają zgodnie w fazie).

  8. 7b.

    B

    $\tfrac{\Delta r}{\lambda} = \tfrac{1500}{600} = 2{,}5 = 2 + \tfrac12$, czyli $\Delta r = (k+\tfrac12)\lambda$ dla $k = 2$. Spełniony warunek wygaszenia → ciemny prążek (fale w przeciwfazie).

  9. 7c.

    600 nm

    Warunek wzmocnienia: $\Delta r = k\lambda$. Dla pierwszego jasnego prążka poza centrum bierzemy $k = 1$: $$\Delta r = 1 \cdot \lambda = 600\ \text{nm}$$ Kolejne jasne prążki odpowiadają $\Delta r = 2\lambda, 3\lambda, \dots$

  10. 8.

    750 nm

    Warunek wygaszenia: $\Delta r = \left(k + \tfrac12\right)\lambda$. Dla $k = 1$: $$\Delta r = \left(1 + \tfrac12\right)\lambda = 1{,}5 \cdot 500\ \text{nm} = 750\ \text{nm}$$ Gdzie $\Delta r$ — różnica dróg [nm], $k$ — rząd, $\lambda$ — długość fali.

  11. 9.

    Fałsz

    Fałsz. Do powstania stabilnych prążków fale muszą być spójne — o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz. Dwie niezależne żarówki tego nie zapewniają. Dlatego w doświadczeniu Younga jedno źródło dzieli się na dwie szczeliny.

  12. 10.

    A

    Pierwszy polaryzator przepuszcza tylko drgania pionowe, a drugi (poziomy) je zatrzymuje — ekran jest ciemny. Taka kierunkowa filtracja jest możliwa tylko dla fali poprzecznej, więc dowodzi, że światło jest falą poprzeczną.

  13. 11.

    Fałsz

    Fałsz. Spolaryzować można tylko falę poprzeczną. Dźwięk jest falą podłużną (drgania wzdłuż kierunku ruchu), więc nie da się go spolaryzować. Możliwość polaryzacji światła dowodzi właśnie, że jest ono falą poprzeczną.

  14. 12.

    B

    Światło białe nie ma jednej długości fali — to mieszanina wszystkich barw. Dopiero rozdzielenie (pryzmat, siatka dyfrakcyjna) ujawnia jego składowe jako widmo.

  15. 13.

    B

    Przy przejściu do innego ośrodka częstotliwość światła się nie zmienia (o niej decyduje źródło), a ponieważ prędkość maleje, to z $v = \lambda f$ długość fali maleje. Barwę odbieramy wg częstotliwości, więc pozostaje ta sama.

  16. 14.

    B

    W cienkiej błonce światło odbite od jej górnej i dolnej powierzchni interferuje. W zależności od grubości błonki i długości fali jedne barwy się wzmacniają, inne wygaszają — stąd zmieniające się kolory.

  17. 15.

    A

    Gdy źródło fali się oddala, odbierana długość fali rośnie (przesunięcie ku czerwieni), a gdy zbliża — maleje (ku fioletowi). Przesunięcie ku czerwieni galaktyk świadczy o ich oddalaniu — to dowód rozszerzania się Wszechświata.