ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Utrwalanie i matura (klasa IV)klasa 4 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/4/fizyka/fale-i-optyka-wzory-i-niepewnosc-z-wykresu/

Fizyka · Utrwalanie i matura (klasa IV) · kl. 4

Fale i optyka: wzory i niepewność z wykresu

Fale, załamanie światła i soczewki w kilku krokach, a na końcu – jak odczytać z wykresu nachylenie prostej razem z niepewnością.

ok. 4 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Fale i załamanie

  • Oznaczenia: v — prędkość fali [m/s]; λ — długość fali [m]; f — częstotliwość [Hz]; n₁, n₂ — współczynniki załamania ośrodków (bez jednostki); α — kąt padania, β — kąt załamania, oba mierzone od normalnej (prostej prostopadłej do granicy ośrodków).
Zapamiętaj

v = λf n₁ sin α = n₂ sin β

  • W broszurze CKE prawo załamania zapisano jako sin α₁ przez sin α₂ = v₁ przez v₂ = n₂ przez n₁ – to ta sama zależność.
  • Przykład 1. Dane: dźwięk f = 440 Hz w powietrzu, v = 340 m/s. Obliczenia: λ = v przez f = 340 m/s przez 440 Hz ≈ 0,77 m. Odpowiedź: ok. 0,77 m.
  • Przykład 2. Dane: światło z powietrza (n₁ = 1,0) do szkła (n₂ = 1,5), α = 40°. Obliczenia: sin β = 1,0 · sin 40° przez 1,5 = 0,643 przez 1,5 ≈ 0,429; β ≈ 25°. Odpowiedź: promień załamuje się ku normalnej, β ≈ 25°.
Uwaga na błąd

Mierzenie kątów od powierzchni granicznej zamiast od normalnej. W prawie załamania (i odbicia) kąty liczymy od normalnej.

2Siatka i soczewka (R)

  • Siatka dyfrakcyjna: d sin α = nλ – d — stała siatki (odległość sąsiednich szczelin) [m], α — kąt ugięcia od kierunku wiązki, n — rząd widma (0, 1, 2, …; tu n nie jest współczynnikiem załamania).
  • Soczewka: 1 przez f = 1 przez x + 1 przez y; f — ogniskowa, x — odległość przedmiotu od soczewki, y — odległość obrazu (w tych samych jednostkach). Przykład 3. Dane: f = 10 cm, x = 30 cm. Obliczenia: 1 przez y = 1 przez 10 cm − 1 przez 30 cm = 2 przez 30 cm, y = 15 cm. Odpowiedź: obraz rzeczywisty, odwrócony, 15 cm za soczewką; pomniejszony, bo y < x.
Sprawdź, czy rozumiesz

Kąty w prawie załamania mierzy się względem

3Niepewność nachylenia z wykresu (R)

  • Przez punkty pomiarowe prowadzimy prostą najlepszego dopasowania oraz dwie proste skrajne – najbardziej i najmniej stromą, które jeszcze przechodzą przez odcinki niepewności wszystkich punktów.
Zapamiętaj

Niepewność nachylenia: Δa = amax − amin przez 2; wynik zapisujemy jako a ± Δa z jednostką.

t [s]s [m]012345510152025amax = 5,6 m/sa = 5,1 m/samin = 4,6 m/sΔa = (5,6 − 4,6)/2 = 0,5 m/s
Wykres s(t) z odcinkami niepewności: prosta najlepszego dopasowania (a = 5,1 m/s) i dwie proste skrajne (a_max = 5,6 m/s, a_min = 4,6 m/s)
  • Przykład 4. Dane: z wykresu s(t) amax = 5,6 m/s, amin = 4,6 m/s, a = 5,1 m/s. Obliczenia: Δa = 5,6 − 4,6 przez 2 m/s = 0,5 m/s. Odpowiedź: v = (5,1 ± 0,5) m/s.

✎Ściąga: Fale i optyka: wzory i niepewność z wykresu

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • v = λf n₁ sin α = n₂ sin β
  • Niepewność nachylenia: Δa = amax − amin przez 2; wynik zapisujemy jako a ± Δa z jednostką.
  • Oznaczenia: v — prędkość fali [m/s]; λ — długość fali [m]; f — częstotliwość [Hz]; n₁, n₂ — współczynniki załamania ośrodków (bez jednostki); α — kąt padania, β — kąt załamania, oba mierzone od normalnej (prostej prostopadłej do granicy ośrodków).
  • Przykład 1. Dane: dźwięk f = 440 Hz w powietrzu, v = 340 m/s. Obliczenia: λ = v przez f = 340 m/s przez 440 Hz ≈ 0,77 m. Odpowiedź: ok. 0,77 m.
  • Przykład 2. Dane: światło z powietrza (n₁ = 1,0) do szkła (n₂ = 1,5), α = 40°. Obliczenia: sin β = 1,0 · sin 40° przez 1,5 = 0,643 przez 1,5 ≈ 0,429; β ≈ 25°. Odpowiedź: promień załamuje się ku normalnej, β ≈ 25°.
  • Siatka dyfrakcyjna: d sin α = nλ – d — stała siatki (odległość sąsiednich szczelin) [m], α — kąt ugięcia od kierunku wiązki, n — rząd widma (0, 1, 2, …; tu n nie jest współczynnikiem załamania).
  • Soczewka: 1 przez f = 1 przez x + 1 przez y; f — ogniskowa, x — odległość przedmiotu od soczewki, y — odległość obrazu (w tych samych jednostkach). Przykład 3. Dane: f = 10 cm, x = 30 cm. Obliczenia: 1 przez y = 1 przez 10 cm − 1 przez 30 cm = 2 przez 30 cm, y = 15 cm. Odpowiedź: obraz rzeczywisty, odwrócony, 15 cm za soczewką; pomniejszony, bo y < x.
  • Przykład 4. Dane: z wykresu s(t) amax = 5,6 m/s, amin = 4,6 m/s, a = 5,1 m/s. Obliczenia: Δa = 5,6 − 4,6 przez 2 m/s = 0,5 m/s. Odpowiedź: v = (5,1 ± 0,5) m/s.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Prędkość, długość i częstotliwość fali wiąże wzór

    1. Av = λf
    2. Bv = λ/f
    3. Cv = f/λ
    4. Dv = λ + f
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: v = λf – Prędkość fali to iloczyn długości fali i częstotliwości.

  2. Fala dźwiękowa o częstotliwości 440 Hz w powietrzu (340 m/s) ma długość ok.

    1. A1,3 m
    2. B0,77 m
    3. C0,0013 m
    4. D150 000 m
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 0,77 m – λ = v/f = 340/440 m ≈ 0,77 m.

  3. Światło przechodzi z powietrza do szkła pod kątem padania 40°. Promień załamany

    1. Aoddala się od normalnej
    2. Bnie zmienia kierunku
    3. Czbliża się do normalnej
    4. Dbiegnie wzdłuż powierzchni szkła
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: zbliża się do normalnej – W ośrodku o większym n kąt od normalnej jest mniejszy (tu β ≈ 25°).

  4. Kąty w prawie załamania mierzy się względem

    1. Anormalnej do powierzchni granicznej
    2. Bosi optycznej oka
    3. Ckierunku pionu
    4. Dpowierzchni granicznej
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: normalnej do powierzchni granicznej – Zarówno α, jak i β to kąty między promieniem a normalną.

  5. (R) Soczewka ma ogniskową 10 cm, a przedmiot stoi 30 cm od niej. Obraz powstaje w odległości

    1. A30 cm
    2. B15 cm
    3. C20 cm
    4. D7,5 cm
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 15 cm – 1/y = 1/10 − 1/30 = 2/30 (w 1/cm), więc y = 15 cm.

  6. (R) Z wykresu: a_max = 5,6 m/s, a_min = 4,6 m/s. Niepewność nachylenia to

    1. A5,1 m/s
    2. B1,0 m/s
    3. C0,25 m/s
    4. D0,5 m/s
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 0,5 m/s – Δa = (5,6 − 4,6)/2 m/s = 0,5 m/s.

  7. (R) W równaniu siatki d sin α = nλ litera n oznacza

    1. Aczęstotliwość
    2. Bliczbę szczelin
    3. Crząd widma
    4. Dwspółczynnik załamania
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: rząd widma – n = 0, 1, 2, … to numer (rząd) prążka jasnego.

  8. Częstotliwość dźwięku wzrosła dwa razy, a prędkość się nie zmieniła. Długość fali

    1. Awzrosła dwa razy
    2. Bzmalała dwa razy
    3. Czmalała cztery razy
    4. Dnie zmieniła się
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: zmalała dwa razy – λ = v/f, więc dwa razy większa f daje dwa razy mniejszą λ.

Cały dział „Utrwalanie i matura (klasa IV)”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 4