Тест по физике 11 класс: дифракция света

Что нужно знать

Дифракция света — это явление отклонения световых волн от прямолинейного распространения при прохождении через узкие отверстия и вблизи препятствий. Дифракция заметно проявляется, если размеры отверстия или препятствия сравнимы с длиной световой волны. Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн, которые распространяются во все стороны. Дифракционная картина представляет собой чередование максимумов и минимумов интенсивности света, возникающих при интерференции вторичных волн. При дифракции на одной узкой щели условие минимумов имеет вид d · sin(φ) = k · λ, где d — ширина щели (м), φ — угол отклонения (рад или градусы), k — порядок минимума (целое число, k = 1, 2, 3...), λ — длина волны света (м). Для дифракционной решётки условие главных максимумов записывается так: d · sin(φ) = k · λ, где d — период решётки (м), k — порядок максимума, λ — длина волны (м). Длина волны видимого света составляет примерно от 380 до 760 нм, а период дифракционной решётки измеряется в метрах. Пример из жизни: радужные переливы на поверхности компакт-диска возникают благодаря дифракции света на его мелких дорожках. Типичная ошибка учеников — путать условия максимумов и минимумов: для главных максимумов решётки используется равенство d · sin(φ) = k · λ, а для минимумов на одной щели — d · sin(φ) = k · λ.

Тест: 11 вопросов

Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.

  1. 1. Что называют дифракцией света?

    • Разложение белого света на цветные составляющие
    • Наложение двух световых волн, приводящее к усилению или ослаблению света
    • Изменение направления света при переходе из одной прозрачной среды в другую
    • Отклонение света от прямолинейного распространения при прохождении около препятствий и через узкие отверстия
    Дифракция проявляется, когда световые волны огибают препятствия и проникают в область геометрической тени.

  2. 2. При каком условии дифракция света проявляется наиболее заметно?

    • Когда размер препятствия или отверстия сравним с длиной световой волны
    • Когда свет распространяется только в вакууме
    • Когда размер препятствия намного больше длины световой волны
    • Когда длина световой волны равна нулю
    Дифракционные эффекты особенно заметны, если размеры отверстия или препятствия имеют порядок длины волны.

  3. 3. Какой принцип объясняет возможность распространения световых волн за края препятствий?

    • Закон преломления света
    • Принцип Гюйгенса
    • Закон отражения света
    • Закон сохранения электрического заряда
    Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка волнового фронта становится источником вторичных волн.

  4. 4. В каких единицах СИ измеряется длина световой волны?

    • В герцах
    • В секундах
    • В метрах
    • В ваттах
    Длина волны является величиной длины, поэтому в системе СИ измеряется в метрах. Нанометр также используется для удобства записи длины видимых световых волн, но не является единицей СИ.

  5. 5. Как изменится дифракционная картина при увеличении длины волны света, если период решётки и порядок максимума остаются неизменными?

    • Дифракционные максимумы исчезнут при любой длине волны
    • Угол дифракции уменьшится
    • Угол дифракции останется неизменным
    • Угол дифракции увеличится
    Из условия максимума d · sin(φ) = k · λ следует, что при постоянных d и k увеличение λ приводит к увеличению sin(φ), а значит, и угла φ.

  6. 6. Какое явление объясняет появление радужных переливов на поверхности компакт-диска при освещении белым светом?

    • Дифракция света на мелких дорожках поверхности диска
    • Поляризация света при отражении
    • Поглощение света отдельными участками поверхности
    • Полное внутреннее отражение света
    Мелкие дорожки компакт-диска действуют подобно дифракционной решётке, разделяя свет разных длин волн по направлениям.

  7. 7. Длина волны света равна 500 нм, а период дифракционной решётки составляет 0,01 мм. Найдите синус угла, под которым наблюдается максимум первого порядка.

    • 0,1
    • 0,05
    • 0,005
    • 0,5
    Используем формулу d · sin(φ) = k · λ. sin(φ) = k · λ / d = 500 · 10⁻⁹ / (0,01 · 10⁻³) = 0,05.

  8. 8. На дифракционную решётку с периодом 2 · 10⁻⁶ м падает свет с длиной волны 400 нм. Определите синус угла для максимума второго порядка.

    • 0,8
    • 0,2
    • 0,4
    • 0,1
    По формуле d · sin(φ) = k · λ получаем sin(φ) = 2 · 400 · 10⁻⁹ / (2 · 10⁻⁶) = 0,4.

  9. 9. На дифракционную решётку падает свет с длиной волны 600 нм. Период решётки равен 3 · 10⁻⁶ м. Найдите угол, для которого наблюдается максимум первого порядка. Примите sin(φ) = 0,2 и используйте таблицу значений тригонометрических функций.

    • Примерно 30°
    • Примерно 20°
    • Примерно 45°
    • Примерно 11,5°
    sin(φ) = λ / d = 600 · 10⁻⁹ / (3 · 10⁻⁶) = 0,2. Следовательно, φ = arcsin(0,2) ≈ 11,5°.

  10. 11. Как изменится расстояние между соседними главными максимумами на экране, если увеличить длину волны света, не изменяя период решётки и расстояние до экрана?

    • Увеличится
    • Станет равным нулю
    • Не изменится
    • Уменьшится
    При увеличении длины волны углы дифракции главных максимумов возрастают. Поэтому расстояние между соответствующими максимумами на экране увеличивается.

  11. 12. На дифракционную решётку с периодом 4 · 10⁻⁶ м падает монохроматический свет с длиной волны 500 нм. Каков наибольший возможный порядок главного максимума?

    • 10
    • 8
    • 5
    • 4
    Для существования максимума необходимо, чтобы sin(φ) ≤ 1. Поэтому k ≤ d / λ = (4 · 10⁻⁶) / (500 · 10⁻⁹) = 8. Наибольший порядок равен 8.
Тесты по физике 11 класс