حل أسئلة التقويم للفصل الرابع ( التداخل والحيود )

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

حل أسئلة التقويم للفصل الرابع ( التداخل والحيود )

نبدأ على بركة الله ...

خريطة المفاهيم

23. يضيء ضوء أحادي اللون طوله الموجي λ شقين في تجربة يونج . فإذا كانت المسافة الفاصلة بين الشقين d ، وتكون نمط على شاشة تبعد مسافة L عن الشقين ، فأكمل خريطة المفاهيم التالية مستخدما λ و L و d لتبين كيف يمكنك تغييرها لتحصل على التغير المشار إليه في الفراغ بين الأهداب المضيئة المتجاورة x .

الحل :

إتقان المفاهيم

24. لماذا يعد استخدام ضوء احادي اللون مهما في تكوين نمط في تجربة التداخل ليونج ؟

الحل :

عندما تستخدم الضوء الأحادي اللون ، ستحصل على نمط تداخل دقيق المعالم ، وإذا كنت تستخدم ضوءا أبيض فستحصل على مجموعة من الأهداب الملونة .

25. وضح لماذا لا يمكن استخدام موقع الهدب المركزي المضيء لنمط تداخل الشق المزدوج لحساب الطول الموجي لموجات الضوء ؟

الحل :

الأطوال الموجية جميعها تنتج الهدب المركزي في الموقع نفسه .

26. صف كيف يمكنك استخدام ضوء معلوم الطول الموجي لإيجاد المسافة بين شقين ؟

الحل :

أسقط الضوء على الشق المزدوج ، ودع نمط التداخل يسقط على ورقة . قس المسافات بين الأهداب المضيئة X ، واستخدم المعادلة d = λL/x

27. يشع ضوء أبيض خلال محزز حيود . هل تكون الفراغات بين الخيوط الحمراء الناتجة متقاربة أم متباعدة أكثر مقارنة بالخطوط البنفسجية الناتجة ؟ ولماذا ؟

الحل :

تتناسب المسافة طرديا مع الطول الموجي . ولأن للضوء الأحمر طولا موجيا أطول منه للضوء البنفسجي فإن الخطوط الحمراء ستفصلها مسافات أكبر من الخطوط البنفسجية .

28. ما لون الضوء المرئي الذي ينتج خطا ساطعا قريبا جدا من الهدب المركزي المضيء بالنسبة لمحزوز حيود معين ؟

الحل :

الضوء البنفسجي هو اللون ذو الطول الموجي الأقصر .

29. لماذا يكون التلسكوب ذو القطر الصغير غير قادر على التمييز بين صورتين لنجمتين متقاربين جدا ؟

الحل :

للفتحات الصغيرة أنماط تداخل كبيرة تحد من القدرة على التمييز بين الصورتين .

تطبيق المفاهيم

30 . حدد في كل من الأمثلة التالية ما إذا كان اللون ناتجا عن التداخل في الأغشية الرقيقة ، أم عن الانكسار ، أم نتيجة وجود الأصباغ .

        a.   فقاعات الصابون

        b.  بتلات الوردة

        c.   غشاء زيتي

        d.  قوس المطر

الحل :

        a.   التداخل

       b.  الأصباغ

       c.   التداخل

       d.  الانكسار

31. صف التغيرات في نمط حيود الشق المفرد عندما يتناقص عرض الشق .

الحل :

تأخذ الأهداب في الاتساع وتأخذ إضاءتها في الخفوت .

32. معرض العلوم أحد المعروضات في معرض العلوم عبارة عن غشاء كبير جدا من الصابون ذي عرض ثابت تقريبا ، ويضاء بواسطة ضوء طوله الموجي 432 nm ، فيظهر السطح كاملا تقريبا على شكل ظل أرجواني اللون . فلماذا ستشاهد في الحالات التالية ؟

       a.   عندما يتضاعف سمك الغشاء .

       b.  عندما يزداد سمك الغشاء بمقدار نصف الطول الموجي للضوء الساقط .

       c.   عندما يتناقص سمك الغشاء بمقدار ربع الطول الموجي للضوء الساقط .

الحل :

       a.   تداخل هدام كامل

       b.  تداخل بناء كامل

       c.   تداخل هدام كامل

33. تحدي مؤشر الليزر إذا كان لديك مؤشرا ليزر ، أحدهما ضوؤه أحمر والآخر ضوؤه أخضر ، واختلف زميلاك أحمد وفيصل في تحديد أيهما له طول موجي أكبر ، وأصر أحمد على ان اللون الأحمر طوله الموجي أكبر ، بينما فيصل متأكد أن الضوء الأخضر له طول موجي أكبر . فإذا كان لديك محزوز حيود فصف العرض الذي ستنفذه بواسطة هذه الأداة ، وكيف يمكنك توضيح النتائج التي توصلت إليها لكل من أحمد وفيصل لحل الخلاف بينهما ؟

الحل :

سلط كل مؤشر ليزر خلال المحزوز على جدار قريب . سينتج الضوء ذو الطول الموجي الأكبر نقاطا تفصلها مسافات كبيرة على الجدار لأن المسافة بينها تتناسب طرديا مع الطول الموجي . ( الصحيح هو أحمد : الطول الموجي للضوء الأحمر أكبر من الطول الموجي للضوء الأخضر ) .

إتقان حل المسائل

التداخل

34. يسقط ضوء على شقين متباعدين بمقدار 19.0µm ، ويبعدان عن شاشة 80.0 cm ، كما في الشكل 4-17 . فإذا كان الهدب المضيء ذو الرتبة الأولى يبعد 1.90 cm عن الهدب المركزي المضيء فما مقدار الطول الموجي للضوء ؟

الحل :

35. البقع النفطية خرج أسامة وعمر في نزهة قصيرة بعد المطر ، و لاحظا طبقة نفطية رقيقة معامل انكسار مادتها 1.45 على سطح بركة ضغيرة تنتج ألوانا مختلفة . ما أقل سمك لطبقة النفط ، عندما تكون تداخلا بناء لضوء طوله الموجي 454 nm ؟

الحل :

36. يوجه علي مؤشر ليزر أحمر على ثلاث مجموعات من الشقوق المزدوجة المختلفة . فإذا كانت المسافة الفاصلة بين الشقين في المجموعة A 0.150 mm ، وبعد الشاشة عن الشقين 0.60 m ، أما في المجموعة B فكانت المسافة الفاصلة بين الشقين 0.175 mm ، وبعد الشاشة عنهما 0.80 m ، وفي المجموعة C كانت المسافة الفاصلة بين الشقين 0.150 mm وبعد الشاشة عنهما 0.80 m ، فرتب المجموعات الثلاث اعتمادا على المسافة الفاصلة بين الهدب المركزي المضيء والهدب المضيء ذي الرتبة الأولى ، وذلك من المسافة الفاصلة الأصغر إلى الأكبر.

الحل :

الحيود

37. يعبر ضوء أحادي اللون خلال شق مفرد عرضه 0.010 cm ، ثم يسقط على شاشة تبعد عنه مسافة 100 cm ، كما في الشكل 4-18 . فإذا كان عرض الهدب المركزي المضيء 1.20 cm ، فما مقدار الطول الموجي للضوء ؟

الحل :

38. يمر ضوء طوله الموجي 4.5x10⁵ cm خلال شق مفرد ويسقط على شاشة تبعد 100 cm . فإذا كان عرض الشق 0.015 cm ، فما مقدار المسافة بين مركز النمط والهدب المعتم الأول ؟

الحل :

39. يمر ضوء أحادي اللون طوله الموجي 425 nm خلال شق مفرد ، ويسقط على شاشة تبعد 75 cm . فإذا كان عرض الحزمة المركزية المضيئة 0.60 cm ، فما عرض الشق ؟

الحل :

40. المطياف يستخدم في جهاز المطياف محزوز حيود يحتوي 12000/cm خط  . أوجد الزاويتين اللتين توجد عندهما الأهداب المضيئة ذات الرتبة الأولى لكل من الضوء الأحمر الذي طوله الموجي 632 nm ، والضوء الأزرق الذي طوله الموجي 421 nm .

الحل :

مراجعة عامة

41. يوضح طلاء مانع للانعكاس معامل انكساره 1.2 على عدسة ، فإذا كان سمك الطلاء 125 nm ، فما لون /ألوان الضوء التي يحدث عندها تداخل هدام بصورة كاملة ؟ تلميح : افترض أن العدسة مصنوعة من الزجاج .

الحل :

لذلك فإن الضوء محمر – برتقالي

التفكير الناقد

42. تطبيق المفاهيم سقط ضوء أصفر على محزوز حيود ، فتكونت ثلاث بقع على الشاشة خلف المحزوز ، إحداهما عند الدرجة صفر حيث لا يحدث حيود ، والثانية عند 30 + ، والثالثة عند -30 . فإذا أسقطت ضوءا أزرق متماثل الشدة في اتجاه الضوء الأصفر نفسه ، فما نمط البقع التي ستراها على الشاشة الآن ؟

الحل :

البقعة الاخضراء عند 0^o ، البقع الصفراء عند +30 و -30 ، وبقعتان زرقاوان متقاربتان إلى حد ما .

43. تطبيق المفاهيم يمر ضوء أزرق طوله الموجي λ عبر شق مفرد عرضه w ، حيث يظهر نمط حيود على شاشة . فإذا استخدمت الآن ضوءا أخضر طوله الموجي 1.5λ بدلا من الضوء الأزرق ، فكم يجب أن يكون عرض الشق للحصول على النمط السابق نفسه ؟

الحل :

تعتمد زاوية الحيود على نسبة عرض الشق بالنسبة للطول الموجي ، ولذلك يزيد العرض ليصبح 1.5 w .

الكتابة في الفيزياء

44. ابحث ، ثم صف مساهمات العالم توماس يونج في الفيزياء . وقوم تأثير أبحاثه في الفكر العلمي حول طبيعة الضوء .

الحل :

يُعتبر يونج مؤسس علم البصريات الفيزيولوجية، ففي 1793 شرح الطريقة التي تتكيف فيها العين على الرؤية على مسافات مختلفة بالاعتماد على تغير تكور عدسة العين، وفى 1801 كان أول من وصف اللابؤرية ، وقدم فى محاضراته الفرضية التى طورها فيما بعد الألمانى هرمان فون هلمهولتز، والتي تقول إن إدراك اللون يعتمد على وجود ثلاثة أنواع من الألياف العصبية فى شبكية العين، والتي تستجيب على التوالي للضوء الأحمر والأخضر والبنفسجي، وقد كان هذا تنبؤا للفهم العلمي الحديث عن رؤية اللون، خاصة اكتشاف أن العين لديها ثلاثة مستقبلات حساسة لأطوال موجية مختلفة.

 كان للعالم توماس يونق عدة مساهمات في الفيزياء من أهمها أبحاثه فى دعم النظرية الموجية للضوء، وكانت هذه النظرية شاذة وغير معروفة، فالذي كان سائدا من قبل حول الضوء هو ما قاله إسحاق نيوتن فى كتابه البصريات (Optics) أن الضوء هو جزئ، ومع ذلك فقد حطم يونج فى بداية القرن التاسع عشر تلك النظرية وأعطى أسبابًا نظرية كثيرة تدعم النظرية الموجية للضوء، وقام يونج برسم رسمتين توضيحيتين لدعم وجهة نظره، الأولى وبوساطة الخزان المتموج وضح فيها فكرة تداخل أمواج المياه، أما الثانية فهى رسمة توضح تجربته المشهورة باسم تجربة شقى يونغ أو تجربة الشق المزدوج، وقد وضح فيها فكرة تداخل الضوء كموجة، وقد وضح هذا فى كتابه تجارب وحسابات خاصة بالبصريات الفيزيائية (Experiments and Calculations Relative to Physical Optics) الذى نشر فى عام 1803.

45. ابحث ثم فسر دور الحيود في كل من الطب وعلم الفلك . وصف على الأقل تطبيقين لكل منهما .

الحل :

للحيود دور في الطب مثل حيود الاشعة السينية  ولها دور أيضا في علم الفلك ومنها حيود الضوء الذي يتشكل به قوس المطر .

مراجعة تراكمية

46. ما الأطوال الموجية لموجات الميكرويف في فرن إذا كان ترددها 2.4 GHz ؟

الحل :

47. وضع جسم طوله 2.0 cm أمام مرآة مقعرة نصف قطرها 48 .0 cm ، وعلى بعد 12.0 cm منها . احسب بعد الصورة وطولها .

الحل :

بعد الصورة : -44.0 cm

طول الصورة : 4.0 cm

48. وضعت شمعة طولها 2.00 cm على بعد 7.50 cm من عدسة محدبة بعدها البؤري 21.0 cm . استخدم معادلة العدسة الرقيقة لحساب بعد الصورة وطولها .

الحل :

بعد الصورة : -11.7 cm

طول الصورة : 3.11 cm

تم بحمد الله

نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "

بالتوفيق للجميع ...^_^