14. Хвильові властивості світла

Усна розминка

1. Якщо подивитися через червоне скло на білий світильник, то він здається червоним. Чому?

2. Поясніть походження кольору синього паперу.

3. Тканину освітили білим світлом. Якою здається нам ця тка­нина, якщо вона: а) поглинає все падаюче світло; б) відбиває все падаюче світло; в) поглинає 50% енергії будь-якої падаючої світлової хвилі?

4. Малюнок зроблено зеленим фломастером на білому аркуші. За якого освітлення цей малюнок стає практично невидимим?

5. Малюнок зроблено червоним фломастером на білому аркуші. Через яке скло треба дивитися при денному світлі на цей аркуш, щоб малюнок став практично невидимим?

6. Яким здаватиметься зелене листя рослин, освітлене червоним світлом?

7. Чи однакові швидкості поширення червоного та фіолетового випромінювань у вакуумі? у воді?

8. Біле світло падає нормально на тонку прозору плівку. У світлі, що проходить через плівку, вона здається жовтою. Якою здається плівка у відбитому світлі?

9. Чому виникають райдужні смуги в тонкому шарі гасу на по­верхні води?

10. Чому після нагрівання в полум'ї газового пальника поверхня сталевого леза набуває райдужного забарвлення?

11. Унаслідок якого явища при освітленні білим світлом мильної бульбашки ми бачимо райдужні плями?

12. Через яке явище найтонші плівки крил бабки під час освіт­лення білим світлом забарвлюються в райдужні тони?

13. Чи можна спостерігати інтерференцію світлових хвиль від двох електричних ламп?

14. Чому радіохвилі огинають будинки, а світлові хвилі, які теж є електромагнітними, не огинають?

15. Чи можна створити оптичний мікроскоп, що дозволить бачити атоми?

16. Чому зображення працюючої настільної лампи в компакт- диску має райдужне забарвлення?

17. Який висновок про властивості світлових хвиль можна зро­бити на підставі явища поляризації світла?

18. У якому стані перебуває речовина, що має лінійчастий спектр випромінювання?

14.19. Які з розріджених газів дають лінійчасті спектри випро­мінювання і поглинання: метан, неон, вуглекислий газ, гелій, радон, водяна пара, пара ртуті, сірчистий газ?

20. Яка речовина дає лінійчасті спектри випромінювання і по­глинання: а) твердий кисень; б) рідкий кисень; в) розріджений атомарний кисень; г) озон O₃ в атмосфері; д) кисень O₂ в атмо­сфері?

Перший рівень

20. Людське око сприймає як видиме світло електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі у вакуумі від 400 до 780 нм. Визначте діапазон частот видимого випромінювання.

21. Частота жовтогарячого світла дорівнює 5 10¹⁴Гц. Визначте довжину хвилі цього світла у вакуумі.

22. Частота електромагнітного випромінювання дорівнює 9 10¹⁴Гц. Яка довжина хвилі цього випромінювання у вакуу­мі? Чи сприймає людське око це випромінювання як видиме світло?

23. Світлова хвиля з частотою 4,8 10¹⁴Гц поширюється у склі. Яка довжина хвилі?

24. Довжина хвилі світла у вакуумі дорівнює 450 нм. Яка час­тота цієї світлової хвилі?

25. Світлова хвиля з частотою 7,2 10¹⁴Гц при поширенні в про­зорому середовищі має довжину хвилі 312,5 нм. Яка швидкість світла в цьому середовищі?

26. У певну точку простору приходять когерентні світлові хвилі з оптичною різницею ходу 6 мкм. Визначте результат інтер­ференції в цій точці, якщо довжина хвилі дорівнює: а) 500 нм; б) 480 нм.

27. У люмінесцентних лампах атоми Меркурію під час проті­кання струму випромінюють ультрафіолетове випромінювання. Шар люмінофора, яким покритий внутрішній бік стінок балона лампи, поглинає це випромінювання і випромінює видиме світло. Неперервним чи лінійчастим є спектр ультрафіолетового випро­мінювання? спектр випромінюваного видимого світла?

Другий рівень

14.29. Світло переходить зі скла у вакуум. Як змінюється частота світлової хвилі?

14.30. Світло переходить з повітря у воду. Як змінюється до­вжина хвилі світла?

31. До ока людини надходить електромагнітне випромінювання з частотою 9 10¹⁴Гц Чи сприймає людина це випромінювання як світло? Визначте довжину хвилі цього випромінювання у вакуумі.

32. Світлова хвиля частотою 4,8 10¹⁴Гц поширюється у склі. Визначте довжину хвилі.

33. Воду освітлюють зеленим світлом, довжина хвилі якого в по­вітрі дорівнює 500 нм. Визначте довжину світлової хвилі у воді. Який колір бачить людина, що розплющила очі під водою?

34. Фіолетове світло частотою 7,5 10¹⁴ Гц перейшло зі скла у вакуум. Визначте, на скільки змінилася довжина світлової хвилі.

35. Після переходу світла з води у вакуум довжина хвилі збіль­шилася на 0,12 мкм. Визначте довжину хвилі світла у вакуумі.

36. Два точкових джерела когерентного світла з довжиною хвилі 450 нм освітлюють аркуш. Якою може бути різниця ходу двох світлових хвиль у точці на аркуші, у якій спостерігається інтерференційний мінімум?

37. Дві когерентні світлові хвилі приходять у центр екрана з різницею ходу 0,9 мкм. Якою може бути довжина хвиль, якщо в центрі екрана видно інтерференційний максимум?

38. Частота когерентних світлових хвиль від джерел А і В до­рівнює 6 10¹⁴Гц Який результат інтерференції світла в точці відрізка А В, яка відстоїть на 0,25 мкм від середини цього від­різка?

39. Дифракційну ґратку, що має 50 штрихів на 1 мм, освіт­люють білим світлом (довжини хвиль від 400 до 780 нм). Яка ширина спектра першого порядку на екрані, віддаленому від ґратки на 4 м?

14.40. Дифракційну ґратку освітлюють монохроматичним світлом довжиною хвилі 600 нм. На екрані, розташованому в 2,5 м від ґратки, відстань між нульовим і першим максимумами дорівнює 4 см. Визначте період дифракційної ґратки.

14.41. Період дифракційної ґратки дорівнює 0,01 мм, відстань від ґратки до екрана 1 м. Яка відстань між максимумами нульового та першого порядків, якщо на ґратку падає світло з довжиною хвилі 500 нм?

42. . Монохроматичне світло падає на дифракційну ґратку, у якої 125 штрихів на 1 мм. Відстань до екрана дорівнює 4 м. Яка довжина хвилі світла, якщо відстань на екрані між двома мак­симумами першого порядку дорівнює 55 см?

43. . Дифракційну ґратку з періодом 4 мкм освітлюють монохро­матичним світлом з довжиною хвилі 490 нм. Який найбільший порядок максимуму, що спостерігається на екрані?

44. . На рисунку наведено три спектри випромінювання. Верх­ній спектр належить чистому одноатомному газу А, два інші — спектрам газових сумішей. Яка із сумішей містить газ А? Об­ґрунтуйте свою відповідь.

Третій рівень

45. На рисунку наведено графік залежності коефіцієнта від­бивання К від довжини хвилі падаючого світла для деякої поверхні. Якою буде здаватися ця поверхня під час освітлення її зеленим світлом? червоним світлом?

46. На Місяці під час місячного «дня» небо чорне. Чому ж на Землі вдень небо забарвлене в різні тони (у залежності від часу доби і стану атмосфери)?

14.47. У чистій воді при доброму освітленні можна побачити пред­мети на відстані декількох десятків метрів. Чому ж у густому тумані, що містить зважені в повітрі дрібні крапельки води, уже на відстані декількох метрів нічого не можна розрізнити?

14.48. Дві плоскі горизонтальні скляні пластинки, між якими є тонкий повітряний прошарок, освітлюють зверху вертикаль­ним пучком монохроматичного світла. Пластинки повільно розсовують, спостерігаючи зверху відбите світло. З поступовим збільшенням відстані між пластинками на 0,14 мкм темна по­верхня верхньої пластинки стає світлою. Яка довжина хвилі падаючого світла?

49. Вертикальний пучок світла з довжиною хвилі 660 нм падає на поверхню води в пробірці, вкриту тонкою плівкою бензо­лу. У пробірку потроху доливають бензол. У міру збільшення товщини плівки спостерігаються максимуми і мінімуми відби­вання світла, що чергуються між собою. На скільки має збіль­шитися товщина плівки бензолу, щоб один мінімум змінився іншим?

50. На мильну плівку нормально падає біле світло. У відбитому світлі вона здається синьою. За якої найменшої товщини плівки це можливо? Довжина хвилі синього світла у вакуумі дорівнює 480 нм. Уважайте, що показники заломлення мильної плівки та води однакові.

51. Під край скляної пластинки шириною 4 см, що лежить на плоскій дзеркальній поверхні, поклали людський волос. У разі нормального падіння на пластинку світла з довжиною хвилі 500 нм відстань між найближчими світлими інтерференцій­ними смугами у відбитому світлі дорівнює 1 мм. Яка товщина волоса?

52. На тонкий скляний клин падає нормально пучок монохро­матичного світла з довжиною хвилі 600 нм. Визначте кут біля вершини клина, якщо відстань між найближчими світлими інтерференційними смугами дорівнює 4 мм.

53. Н а відстані L = 2 м від екрана розташовані два когерент­них джерела S₁ і S₂ світла (див. схематичний рисунок) з до­вжиною хвилі λ = 500 нм. Відстань між джерелами S₁S₂ = 0,5мм. Яка відстань х між найближчими максимумами освітленості на екрані?

14.54. Точкове джерело А монохроматичного світла з довжиною хвилі 600 нм розташоване на відстані від великого плоского дзеркала і на відстані L = 6 м від екрана, перпендикулярного до дзеркала (див. рисунок). Яка відстань між сусідніми максимумами освітленості на екрані?

14.55. На непрозору ширму, у якій зроблено два маленьких отвори на відстані 0,4 мм один від одного, нормально падає біле світло (довжини хвиль від 400 до 780 нм). За ширмою на відстані 8 м розмістили екран. Яка ширина першого (наступного за централь­ним) інтерференційного максимуму на екрані?

14.56. Дифракційну ґратку з періодом d = 8 мкм освітлюють пучком білого світла (довжини хвиль від λ₁= 400 нм до λ₂=780 нм). Чи будуть спектри різних порядків перекриватися один одним?