Светлината като електромагнитна вълна
Максуел показва, че изменящите се електрично и магнитно поле се пораждат взаимно и се разпространяват като електромагнитна вълна. Светлината е такава вълна с дължина около 400-760 nm. Вълновата природа на светлината се проявява в интерференцията и дифракцията. Скоростта ѝ във вакуум е около 3·108 m/s, а във вещество е по-малка n пъти.
Какво да запомним
- Скорост на светлината във вакуум c ≈ 3·108 m/s; c = λν.
- Електромагнитните вълни са напречни и се разпространяват и във вакуум.
- Показател на пречупване: n = c/v.
- Интерференция: усилване и отслабване при наслагване на кохерентни вълни (сапунени мехури, опит на Юнг).
- Дифракционна решетка: d·sin θ = kλ.
Пример
Червена светлина с λ = 600 nm има честота ν = c/λ = 3·108/(6·10−7) = 5·1014 Hz.
Проверете се: 15 въпроса
Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.
Каква е скоростта на светлината във вакуум (приблизително)?
- 3·108 m/s
- 3·105 m/s
- 340 m/s
- 3·106 m/s
Отговор: 3·108 m/s
c ≈ 300 000 km/s = 3·108 m/s.
Дифракционна решетка има период 1 μm. Под какъв ъгъл се вижда максимумът от първи порядък за светлина с λ = 500 nm?
- 60°
- 45°
- 0,5°
- 30°
Отговор: 30°
d·sin θ = kλ: sin θ = 500·10−9/10−6 = 0,5, θ = 30°.
В дадена среда светлината се разпространява със скорост 2·108 m/s. Какъв е показателят на пречупване на средата?
- 0,67
- 2
- 6
- 1,5
Отговор: 1,5
n = c/v = 3·108/2·108 = 1,5.
Кое явление обяснява цветните ивици по сапунените мехури?
- Дисперсията в призма
- Пълното вътрешно отражение
- Интерференцията на светлината
- Фотоефектът
Отговор: Интерференцията на светлината
Вълните, отразени от двете повърхности на тънкия филм, се наслагват и усилват или отслабват според дължината на вълната.
Какви вълни са електромагнитните вълни?
- Надлъжни
- Напречни
- Само механични
- Само звукови
Отговор: Напречни
Векторите E и B трептят перпендикулярно на посоката на разпространение, затова вълните са напречни.
Кой учен създава теорията на електромагнитното поле и предсказва електромагнитните вълни?
- Нютон
- Фарадей
- Максуел
- Айнщайн
Отговор: Максуел
Максуел обединява електричните и магнитните явления в една теория.
Кои вълни могат да се разпространяват във вакуум?
- Звуковите
- Вълните по вода
- Ултразвуковите
- Електромагнитните
Отговор: Електромагнитните
Електромагнитните вълни не се нуждаят от среда, а механичните вълни се нуждаят.
Кой цвят от видимия спектър има най-голяма дължина на вълната?
- Червеният
- Виолетовият
- Зеленият
- Синият
Отговор: Червеният
Червената светлина е с λ около 700 nm, а виолетовата около 400 nm.
В какъв приблизителен интервал са дължините на вълните на видимата светлина?
- 4-7,6 nm
- 400-760 nm
- 400-760 μm
- 4-7,6 mm
Отговор: 400-760 nm
Окото възприема електромагнитни вълни от около 400 nm до 760 nm.
Коя величина на светлината НЕ се изменя при преминаване в друга среда?
- Скоростта
- Дължината на вълната
- Честотата
- Посоката
Отговор: Честотата
Честотата се определя от източника; скоростта и дължината на вълната се изменят.
Какви трябва да са две вълни, за да се наблюдава устойчива интерференчна картина?
- Поляризирани
- С различни честоти
- Надлъжни
- Кохерентни
Отговор: Кохерентни
Кохерентните вълни имат еднаква честота и постоянна разлика във фазите.
Как са насочени векторите E и B в електромагнитната вълна спрямо посоката на разпространение?
- Перпендикулярно на нея
- Успоредно на нея
- E успоредно, B перпендикулярно
- Под ъгъл 45°
Отговор: Перпендикулярно на нея
E и B са перпендикулярни помежду си и на посоката на разпространение, затова вълната е напречна.
При каква разлика в хода Δ на две кохерентни вълни се получава интерференчен максимум?
- Δ = (2k + 1)λ/2
- Δ = kλ
- Δ = kλ/4
- Δ = λ/3
Отговор: Δ = kλ
Вълните се усилват, когато разликата в хода е цяло число дължини на вълната.
Дифракционна решетка има период 2 μm. Кой е най-високият порядък на максимум, който се наблюдава при λ = 600 nm?
- 2
- 4
- 3
- 33
Отговор: 3
sin θ = kλ/d ≤ 1, k ≤ 2000/600 ≈ 3,3, значи kmax = 3.
Разликата в хода на две кохерентни вълни с λ = 600 nm е 1,5 μm. Какво се наблюдава в тази точка?
- Максимум (усилване)
- Няма интерференция
- Удвоена честота
- Минимум (отслабване)
Отговор: Минимум (отслабване)
1500/600 = 2,5, т.е. нечетен брой половин вълни, затова вълните се отслабват.