Fisica - Scuola secondaria di secondo grado Ottica geometrica e ottica fisica Diffrazione della luce Reticolo di diffrazione

L’interferenza e la natura ondulatoria della luce

20 esercizi

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I due altoparlanti della figura producono onde sonore identiche. Le onde si allargano e si sovrappongono nel punto P. A parte il fatto che le onde sono di natura sonora, questa situazione è analoga all'esperimento della doppia fenditura di Young. Quanto vale in P la differenza di cammini l₂ - l₁ se in quel punto si trova il terzo minimo di intensità sonora partendo dal massimo centrale? Esprimi la differenza in termini della lunghezza d'onda sonora λ.

A: 3 λ / 2.

B: 3 λ.

C: 5 λ / 2.

D: λ.

E: λ / 2.

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Fisica

In un esperimento alla Young con una doppia fenditura, si forma una figura di diffrazione su uno schermo distante. Di che fattore cambia l'angolo se contemporaneamente raddoppiano la lunghezza d'onda λ e la separazione d delle fenditure?

A: L'angolo cala di un fattore 2.

B: L'angolo aumenta di un fattore 2.

C: L'angolo non cambia.

D: L'angolo cala di un fattore 4.

E: L'angolo aumenta di un fattore 4.

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Supponi che l'apparato per l'esperimento della doppia fenditura di Young sia posto sott'acqua. Paragonando i valori con quelli che lo stesso dispositivo avrebbe nel vuoto (a parità di sorgente luminosa), come cambiano λ e θ per effetto dell'acqua?

A: Sia λ sia θ decrescono.

B: Sia λ sia θ crescono.

C: λ cresce mentre θ decresce.

D: λ decresce mentre θ cresce.

E: λ rimane immutato mentre θ cresce.

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Una serie di frange brillanti appare sullo schermo di un esperimento alla Young di interferenza da un doppia fenditura. Supponi di spostarti da una frangia brillante a quella successiva (allontanandoti dal massimo centrale d'intensità). La differenza di cammini delle onde cresce o decresce? E di quanto cambia? Le risposte fanno riferimento alla lunghezza d'onda λ della luce.

A: La differenza aumenta. L'aumento è pari a λ.

B: La differenza diminuisce. La diminuzione è pari a λ.

C: La differenza diminuisce. La diminuzione è pari a λ/2.

D: La differenza aumenta. L'aumento è pari a λ/2.

E: La differenza aumenta. L'aumento è pari a 2λ.

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Una luce di lunghezza d'onda 627 nm illumina una doppia fenditura. L'angolo tra la frangia brillante centrale e la seconda frangia oscura è 4,90°.
Determina la separazione d delle fenditure.

d = ________ x 10^-5 m

Per i numeri decimali usa la virgola e non il punto (per es. 56,2 e non 56.2). Fai attenzione alle cifre significative!

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Una luce di lunghezza d'onda 600 nm nel vuoto incide in direzione praticamente perpendicolare su una lamina sottile il cui indice di rifrazione è 1,5. La luce si propaga dalla superficie superiore a quella inferiore, si riflette su quest'ultima e torna alla superficie superiore, come illustrato dal disegno. Chiama λ_lamina la lunghezza d'onda della luce nella lamina. Quante lunghezze d'onda λ_lamina percorre la luce nel suo viaggio di andata e ritorno dentro la lamina?

A: 4 λ_lamina.

B: 6 λ_lamina.

C: 12 λ_lamina.

D: 2 λ_lamina.

E: 3 λ_lamina.

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Ognuno dei disegni mostra un raggio di luce riflesso all'interfaccia tra due materiali, insieme agli indici di rifrazione di ogni materiale.
In quale, o quali, disegni la riflessione della luce provoca un cambiamento di fase equivalente a λ/2 e in quale, o quali, nessun cambiamento? In ognuno dei quattro casi il simbolo λ si riferisce alla lunghezza d'onda nel materiale.

A: Sfasamento λ/2: casi 1, 2 e 3.
Sfasamento zero: caso 4.

B: Sfasamento λ/2: nessun caso.
Sfasamento zero: casi 1, 2, 3 e 4.

C: Sfasamento λ/2: caso 1.
Sfasamento zero: casi 2, 3 e 4.

D: Sfasamento λ/2: casi 1 e 2.
Sfasamento zero: casi 3 e 4.

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La luce incide perpendicolarmente su quattro film trasparenti di diversi spessori. Lo spessore di ciascun film è dato dai disegni in termini della lunghezza d'onda λ_film della luce nel film. Tutti i film hanno indice di rifrazione 1,5 e tutti sono circondati da aria. Quale di questi film apparirà brillante a causa dell'interferenza costruttiva se osservato in riflessione?

A: I film 3 e 4.

B: Il film 3.

C: I film 2 e 3.

D: Il film 4.

E: Tutti i film.

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Una luce monocromatica incide dall'alto su una coppia di lastre di vetro, come mostra il disegno. La lastra inferiore ruota in senso antiorario rispetto all'asse di contatto, in modo tale che l'angolo tra le due diventi progressivamente sempre più piccolo. Che cosa succede alle frange brillanti?

A: Le frange brillanti si spostano verso sinistra.

B: Alle frange brillanti non accade nulla.

C: Le frange brillanti si spostano verso destra.

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Una luce monocromatica di lunghezze d'onda 547 nm incide dall'alto su un cuneo d'aria formato da una coppia di lastre di vetro, come mostra il disegno. Nel punto P si può vedere la decima frangia brillante.
Quanto vale lo spessore t del cuneo d'aria nel punto P?

t = ________ x 10^-6 m

Per i numeri decimali usa la virgola e non il punto (per es. 56,2 e non 56.2). Fai attenzione alle cifre significative!

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Un'onda luminosa incide su una fenditura, ma subisce una diffrazione trascurabile. Che cosa possiamo concludere sulla lunghezza d'onda?

A: La lunghezza d'onda è molto maggiore della larghezza della fenditura.

B: Non possiamo giungere ad alcuna conclusione sulla lunghezza d'onda.

C: La lunghezza d'onda è molto minore della larghezza della fenditura.

D: La lunghezza d'onda è circa uguale alla larghezza della fenditura.

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Un'onda luminosa incide su una fenditura. Se la larghezza della fenditura viene ridotta, che cosa accade alla larghezza della frangia brillante centrale?

A: La frangia brillante centrale si stringe, perché l'angolo che indica la posizione della prima frangia oscura diventa più grande.

B: La frangia brillante centrale si allarga, perché l'angolo che indica la posizione della prima frangia oscura diventa più grande.

C: La frangia brillante centrale si allarga, perché l'angolo che indica la posizione della prima frangia oscura diventa più piccolo.

D: La larghezza della frangia brillante centrale non cambia perché dipende solo dalla lunghezza d'onda e non dalla larghezza della fenditura.

E: La frangia brillante centrale si stringe, perché l'angolo che indica la posizione della prima frangia oscura diventa più piccolo.

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Una luce di lunghezza d'onda λ attraversa una fenditura di larghezza L e forma su uno schermo una figura di diffrazione. Se questa luce è sostituita da una luce di lunghezza d'onda 2λ, che larghezza dobbiamo dare alla fenditura per avere la stessa figura di diffrazione?

A: L / 4.

B: Non è necessario alcun cambiamento nella fenditura.

C: 2 L.

D: 4 L.

E: L / 2.

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Una luce che nel vuoto ha lunghezza d'onda 672 nm incide su una fenditura di larghezza 1,60 x 10^-5 m. Tutto l'apparato è immerso nell'acqua, che ha indice di rifrazione 1,33.
Quanto vale l'angolo θ che indica la posizione della terza frangia oscura ai lati del massimo centrale d'intensità?

θ = ________°

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Supponi di dover utilizzare un microscopio per distinguere due cellule molto vicine tra loro. Per una data lente, di diametro fissato, con quale colore illumineresti il campione per ottenere il massimo potere risolvente?

A: Tutti i colori danno la stessa risoluzione.

B: Con il giallo.

C: Con il rosso.

D: Con il verde.

E: Con il blu.

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Un astronauta può appena distinguere due oggetti sulla superficie terrestre, 180 km sotto di lui. Il diametro della sua pupilla è 5 mm e la lunghezza d'onda della luce 550 nm. Qual è la minima distanza possibile s_min che separa i due oggetti?

s_min = ________ m

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Supponi di guardare due punti che sono appena distinguibili a causa della diffrazione della pupilla del tuo occhio. Se diminuisce l'intensità della luce che illumina gli oggetti, che cosa succede alla tua capacità di distinguere i due punti? Trascura le aberrazioni.

A: Aumenta, perché diminuisce il diametro della pupilla.

B: Aumenta, perché aumenta il diametro della pupilla.

C: Aumenta, perché diminuisce la lunghezza d'onda.

D: Non cambia.

E: Aumenta, perché aumenta la lunghezza d'onda.

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Un reticolo di diffrazione è illuminato con una luce gialla. La figura di diffrazione che si vede su uno schermo consiste di tre frange luminose gialle, una più luminosa al centro (θ = 0°) e le altre a +50° e -50°. In seguito il reticolo è illuminato ulteriormente con un luce rossa. Nei punti in cui le frange si sovrappongono, l'occhio percepisce una luce arancione. Come è composta la nuova figura di diffrazione?

A: Solo frange arancioni, a 0°, +50° e -50°.

B: Una frangia arancione a 0°, frange gialle a +50° e -50° e frange rosse all'esterno.

C: Solo frange rosse, a 0°, +50° e -50°.

D: Solo frange gialle, a 0°, +50° e -50°.

E: Una frangia arancione a 0°, frange gialle a +50° e -50° e frange rosse all'interno.

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Che succede alla figura di diffrazione quando il numero di linee per centimetro di un reticolo di diffrazione viene aumentato?

A: Non succede nulla alla figura di diffrazione.

B: Aumenta il numero di massimi che si vedono sullo schermo.

C: Aumenta la distanza tra due massimi principali adiacenti.

D: Si può creare una figura di diffrazione identica se si usa una lunghezza d'onda più grande.

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Una luce di lunghezza d'onda 490 nm incide su un reticolo di diffrazione che ha 1,7 x 10³ linee/cm. A che angolo θ si forma il secondo massimo principale, rispetto al massimo principale di ordine zero?

θ = ________°

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