نمونه سوالات امتحانی امواج

نمونه سوالات امتحانی امواج

هیچ وقت یادم نمیره این درسو با چه مصیبتی پاس کردم

نمونه سوالات امتحانی فیزیک پیش دانشگاهی با جواب | موج های الکترومغناطیسی

فصل 6

موج­هاي الكترومغناطيسی

بخش 1 تشکیل و انتشار موج­های الکترومغناطیسی

1 جای خالی را با کلمات مناسب پر کنید.

عامل اصلی ایجاد موج­های الکترومغناطیسی ذرات باردار ……شتاب­دار…….. هستند، این امواج برای انتشار نیاز به …..محیط مادی…….. نداشته و انرژی را از محلی به محل دیگر انتقال می­دهند. همه­ی این موج­ها با سرعت …….نور……… منتشر می­شوند و از میدان­های الکتریکی و مغناطیسی ….عمود بر هم…….. تشکیل شده­اند و لذا چون بر راستای انتشار نیز عمودند، از نوع موج­های …..عرضی…….. محسوب می­شوند.

2ـ سرعت پیش­ روی امواج الکترومغناطیس از چه رابطه­ای به دست می­آید؟ این سرعت برابر سرعت کدام پدیده­ی فیزیکی است؟

پاسخ:

سرعت پیش روی موج­های الکترومغناطیسی در خلاء از رابطه­ی زیر به دست می­آید.

که در آن ، ضریب گذردهی الکتریکی خلاء و ، ضریب تراوایی مغناطیسی خلاء است.

ـ این سرعت برابر سرعت انتشار نور در خلاء است. (c = V)

3ـ طول موج نوری در هوا 6/0 میکرون است. اگر سرعت نور در هوا  متر بر ثانیه باشد، بسامد این نور چند هرتز است؟

پاسخ:

بخش 2ـ طیف موج­های الکترومغناطیسی

سوالات امتحانی طیف موج­های الکترومغناطیسی

1ـ الف) دو ویژگی و کاربرد اشعه­ی فرابنفش را بنویسید.

ب) در امواج الکترومغناطیسی کم­ترین و بیش­ترین بسامد مربوط به کدام امواج است؟

پاسخ:

الف) ويژگي: توسط شيشه جذب مي­شود . سبب بسياري از واكنش­هاي شيميايي مي­شود.

كاربرد: لامپ­هاي uv در پزشكي.

ب) كمترين بسامد مربوط به امواج راديويي و بيشترين بسامد مربوط به پرتوي گاما است.

2ـ شکل مقابل، طیف موج­های الکترومغناطیسی را نشان می­دهد.

الف) نام قسمت­هایی از طیف را که تنها با حروف علامت­گذاری شده بنویسید.

ب) اگر در طول طیف از پرتو  به طرف s حرکت کنیم، توضیح دهید که تغییرات طول موج و بسامد و سرعت انتشار آنها در خلاء چگونه است؟

پاسخ:

الف)

در اين جدول هر كدام از طيف­هاي جايگزين R بايد طيفي با بسامد كمتر و طول موج بزرگ­تر در رديف S داشته باشد.

ب) از پرتوي گاما  به طرف S طول موج افزايش يافته، بسامد كاهش مي­يابد و سرعت انتشار در خلاء براي همه يكسان و ثابت است.

3_ با توجه به توضيحات داده شده نام موج­هاي الكترومغناطيسي را بنويسيد.

الف) در سيستم­هاي مخابراتي ( ليزر و تارهاي نوري) مورد استفاده قرار مي­گيرد.

ب) در معالجه­ي بيماري­هاي پوستي به كار مي­رود.

ج) براي پيدا كردن ترك فلزات مورد استفاده قرار مي­گيرد.

د) توسط شيشه جذب مي­شود و سبب بسياري از واكنش­هاي شيميايي مي­گردد.

پاسخ:

الف) امواج راديويي

ب) پرتوي ايكس (X)

ج) پرتوي گاما

د) پرتوي فرابنفش (uv )

4_ با توجه به رفتار موجي نور بگوييد وقتي نور از آب وارد هوا مي­شود چه تغييري در سرعت، طول موج و بسامد آن ايجاد مي­شود؟

پاسخ:

طبق رابطه­ي  كه در آن c، سرعت نور در خلاء يا هوا،  سرعت نور در آب و n ضريب شكست آب هستند، و از آن جايي كه n عددي بزرگ­تر از يك و در اين جا برابر  است،  از c كوچك­تر است. بنابراين وقتي نور از آب وارد هوا مي­شود، سرعت آن بيشتر مي­شود.

با توجه به اين كه بسامد نور، مشخصه­ي رنگ نور است و به محيط بستگي ندارد، بدون تغيير مي­ماند.

بنابراين با افزايش سرعت و ثابت ماندن بسامد، طبق رابطه­ي  طول موج نيز افزايش مي­يابد.

5_ بسامد نور تك رنگي در هوا  و سرعت نور در هوا  مي­باشد. بسامد و طول موج (برحسب آنگستروم ) اين پرتو را در محيطي شفاف به ضريب شكست 2 به دست آوريد.

پاسخ:

بسامد نور در محيط­هاي شفاف متفاوت، يكسان است.

هوا

بخش 3_ تداخل موج­هاي نوري

سؤالات امتحاني تداخل موج­هاي نوري

1_ چگونگي اندازه­گيري طول موج را با استفاده از آزمايش يانگ توضيح دهيد. ( با رسم شكل و محاسبه­ي طول موج نور )

پاسخ:

با استفاده از آزمايش يانگ مي­توان طول موج نور را اندازه­گيري كرد.در شكل طرحي از اين آزمايش رسم شده است. نقطه­ي P كه در فاصله­ي X از نوار روشن مركزي قرار دارد را در نظر مي­گيريم. دايره­اي به مركز P و به شعاع  رسم مي­كنيم. دايره،  را در نقطه­ي M قطع مي­كند. اختلاف راه نوري بين  و  را با  نشان مي­دهيم:

اگر  باشد، زاويه­ي  بسيار كوچك خواهند بود و مي­توان تقريباً  را عمود بر  در نظر گرفت در اين حالت زاويه­هاي  با هم برابرند. در نتيجه:

_ اگر نقطه­ي P محل تشكيل نوار روشن شماره­ي n باشد، داريم:

_ اگر نقطه­ي P محل تشكيل نوار تاريك شماره­ي m باشد، داريم:

2_ در آزمايش يانگ اختلاف فاز دو موجي را كه با هم به يك نقطه مانند P روي پرده مي­رسند، بر حسب طول موج نوشته و شرط آن كه دو موج تداخل سازنده و تداخل ويرانگر داشته باشند را بنويسيد.

پاسخ:

در شكل زير نقطه­ي P را در نظر مي­گيريم پرتوهايي كه از  به اين نقطه مي­رسند، دو راه نامساوي  را مي­پيمايند.

اختلاف فاز دو پرتو بر حسب اختلاف راه به صورت رابطه­ي زير است:

1) اگر  مضرب زوجي از  باشد دو پرتويي كه به نقطه­ي P مي­رسند، هم فاز هستند و تداخل سازنده ايجاد مي­شود. در اين حالت در نقطه­ي P نوار روشن ايجاد مي­گردد.

2) اگر  مضرب فردي از  باشد دو پرتويي كه به نقطه­ي P مي­رسند، در فاز مخالف هم خواهند بود و تداخل ويرانگر صورت مي­گيرد و در نتيجه در نقطه­ي P نوار تاريك تشكيل مي­شود.

3_ آزمايش يانگ را با نور تك رنگ سبز انجام داده و نوارهاي تداخلي بر روي پرده­اي موازي با سطح شكافت­ها تشكيل شده است، براي اين كه فاصله­ي دو نوار روشن متوالي را زياد كنيم مي­توانيم:

• به جاي نور سبز از نور تك رنگ قرمز استفاده كنيم.
• به جاي نور سبز از نور تك رنگ بنفش استفاده كنيم.
• فاصله­ي پرده از شكافت­ها را زيادتر كنيم.
• فاصله­ي دو شكاف از هم، را كم كنيم.

پاسخ:

1) طول موج نور قرمز بيشتر از طول موج نور سبز است  بنابراين در رابطه­ي بالا براي اين كه  شود، مي­توانيم با ثابت ماندن a و D ، از نور قرمز به جاي نور سبز استفاده كنيم.

2) طول موج نور بنفش كوچك­تر از طول موج نور سبز است  بنابراين در رابطه­ي بالا براي اين كه  شود، با ثابت ماندن a و D ، نمي­توانيم از نور بنفش به جاي نور سبز استفاده كنيم.

3) وقتي فاصله­ي پرده از شكاف­ها زياد شود  خواهد بود. بنابراين در رابطه­ي بالا براي اين كه  شود، با ثابت ماندن  مي­توانيم فاصله­ي پرده از شكاف­ها را زيادتر كنيم.

4) وقتي فاصله­ي دو شكافت از هم را كم كنيم،  خواهد بود . بنابراين در رابطه­ي بالا براي اين  شود، با ثابت ماندن  مي­توانيم فاصله­ي دو شكاف از هم را كم كنيم.

4_ در آزمايش يانگ طول موج پرتوي نور مورد آزمايش 65/0 ميكرون است، اختلاف راه نوار تاريك چهارم از دو چشمه­ي نور را به دست آوريد.

پاسخ:

5_ در آزمايش دو شكافت يانگ، فاصله­ي دو شكافت mm 4/0 و فاصله­ي پرده از دو شكافت  است. اگر طول موج نور  باشد؛

الف) پهناي نوار روشن را حساب كنيد.

ب) فاصله­ي نوار روشن پنجم از نوار روشن اول را به دست آوريد.

پاسخ:

الف)

ب)

فاصله­ي نوار روشن اول از نوار روشن مركزي

فاصله­ي نوار روشن پنجم از نوار روشن مركزي

_ اگر نوارهاي روشن در يك طرف نوار روشن مركزي باشند:

_ و اگر نوارهاي روشن در طرفين نوار روشن مركزي باشند:

6_ در آزمايش يانگ، اگر فاصله­ي پرده تا دو شكافت 2000 برابر فاصله­ي دو شكافت از هم باشد و فاصله­ي نوار روشن پنجم از نوار مركزي 10 ميلي­متر باشد،

الف) طول موج نور به كار رفته چند ميلي­متر است؟

ب) اگر آزمايش فوق در آب با ضريب شكست  انجام گيرد، فاصله­ي نوار روشن پنجم از نوار مركزي در آن چه قدر خواهد بود؟

پاسخ:

الف)

ب)

5 = n   نوار روشن  و   آب

7_ در آزمايش يانگ فاصله­ي دو شكافت  و فاصله­ي پرده از سطح دو شكافت  است. اگر طول موج نور مورد آزمايش nm 600 باشد، فاصله­ي نوار دهم روشن از نوار سوم تاريك هر دو واقع در يك سمت نوار روشن مركزي چند ميلي متر است؟

پاسخ:

فاصله­ي نوار روشن از نوار مركزي

فاصله­ي نوار تاريك از نوار مركزي

نوارها در يك طرف نوار روشن مركزي هستند. بنابراين:

8_ آزمايش يانگ را با دو نور تك رنگ به طول موج­هاي  انجام مي­دهيم. اگر سومين نوار روشن مربوط به  بر پنجمين نوار تاريك  چند آنگستروم مي­باشد؟

پاسخ:

( پنجمين نوار تاريك )              ( سومين نوار روشن  )

9_ در آزمايش يانگ بار اول از نور  قرمز به طول موج  و بار دوم از طول موج  زرد استفاده مي­شود. در صورتي كه فاصله­ي وسط اولين نوار روشن قرمز از وسط اولين نوار روشن زرد،  فاصله­ي دو نوار روشن متوالي زرد باشد،  چند ميكرون بوده است؟

پاسخ:

اولين نوار روشن قرمز (1 = n)

اولين نوار روشن زرد ( 1 =’n)

فاصله­ي دو نوار روشن متوالي  زرد

10_ الف) در آزمايش يانگ، فاصله­ي دو شكافت برابر 4/0 ميلي­متر و فاصله­ي پرده تا سطح دو شكافت برابر 80 سانتي متر است.

اگر طول موج نور 6/0 ميكرومتر باشد، فاصله­ي نوار دهم روشن از نوار مركزي را حساب كنيد.

ب) فرض كنيد به نحوي ميان دو پرتويي كه به دو شكاف  مي­رسند، به اندازه­ي  اختلاف فاز ايجاد كنيم. نوار روشن مركزي چه اندازه جابه جا مي­شود؟

پاسخ:

الف)

ب) محل نوار مركزي جايي است كه دو پرتو داراي اختلاف فاز صفر باشند. چون در اين مسئله  راديان بوده و اختلاف فاز مضرب فردي از  راديان است، بنابراين نوار مركزي به محل نوار تاريك m ام انتقال مي­يابد.

اكنون فاصله­ي دومين نوار تاريك را از نوار روشن مركزي حساب مي­كنيم.

نوار روشن مركزي mm8/1 جابه­جا مي­شود.