ติวสบายฟิสิกส์ เล่ม 3 ... · ติวสบายฟิสิกส์ เล่ม 3 บทที่ 12 แสงเชิงฟิสิกส์

ติวสบายฟิสกิส ์ เลม่ 3 http://www.pec9.com บทท่ี 12 แสงเชิงฟิสกิส ์

1

บทที่ 12 แสงเชิงฟิสิกส์ 12.1 การแทรกสอดของแสง

เมือ่ฉายแสงอาพนัธ์ผา่นแผน่ทึบแสงท่ีมชีอ่งแคบคูอ่ยู ่ ( สลิตคู ่ ) แสงท่ีลอดผา่นชอ่งแคบคูไ่ปนั้นจะสร้างคล่ืนแสงใหมข้ึ่นมา 2 แสง แลว้คล่ืนแสงทั้งสองนั้นจะเกดิการแทรกสอดกนัหลงัแผน่ทึบแสงนั้น โดยจะมแีนวบางแนวแสงทั้งสองจะเขา้มาเสริมกนัท าให้มคีวามสวา่งมากกวา่ปกติ เรียกแนวน้ีวา่แนวปฏบัิพ (Antinode,A) หรือแถบสว่าง ซ่ึงจะมอียูห่ลายแนวกระจายออกไปทั้งทางดา้นซา้ยและดา้นขวาอยา่งสมมาตรกนั แถบสวา่งท่ีอยูต่รงกลางเราจะเรียกเป็นแถบสวา่งท่ี 0 ( A0) หรือแถบสวา่งกลาง ถดัออกไปจะเรียกแถบสวา่งท่ี 1 ( A1) , 2 ( A2) , 3 ( A3) , .... ไปเร่ือยๆ ทั้งทางดา้นซา้ยและดา้นขวาดงัรูป ระหวา่งกลางแถบสวา่ง คล่ืนแสงจะเกดิการหักลา้งกนัท าให้มคีวามสวา่งน้อยปกติ เรียกแนวน้ีวา่เป็นแนวบัพ ( Node , N ) หรือแถบมืด แถบมดืแรกท่ีอยูถ่ดัจากแถบสวา่งกลาง ( A0 ) จะเรียกแถบมดืท่ี 1 ( N1) ถดัออกไปจะเรียกแถบมดืท่ี 2 ( N2) , 3 (N3) , ….. ไปเร่ือยๆ ทั้งทางดา้นซา้ยและดา้นขวาดงัรูป หากน าฉากรับแสงไปรองรับแสงบริเวณหลงัสลิต เมือ่แสงท่ีเกดิการแทรกสอดแลว้มาตกกระทบบนฉากจะท าให้เกดิเป็นแถบสวา่งและแถบมดืสลับกนัไปบนฉากรับแสงนั้นดงัรูป


2

สมการทีใ่ช้ค านวณเกี่ยวกับการแทรกสอดแสง ส าหรับแนวปฏบัิพ (An) (แถบสว่าง)

S1P – S2P = n d sin = n = Dn

xd

ส าหรับแนวบัพ (Nn) (แถบ )

S1P – S2P = (n – 21 )

d sin = (n – 21 )

= D )21 (n xd

เมือ่ P คือจุดซ่ึงอยูบ่นแถบสวา่งหรือแถบมดืล าดบัท่ี n S1 คือจุดเกดิคล่ืนลูกท่ี 1 (ชอ่งแคบท่ี 1 ) S2 คือจุดเกดิคล่ืนลูกท่ี 2 (ชอ่งแคบท่ี 2 ) S1P คือระยะจาก S1 ถึง P ( เมตร ) S2P คือระยะจาก S2 ถึง P ( เมตร ) คือความยาวคล่ืน ( เมตร ) d คือระยะหา่งจาก S1 ถึง S2 ( เมตร ) D คือระยะจากสลิตถึงฉากรับแสง ( เมตร ) คือมมุท่ีวดัจากแถบสวา่งกลางถึงแถบสวา่งหรือแถบมดืท่ี n x คือระยะจากแถบสวา่งกลางถึงแถบสวา่งหรือแถบมดืท่ี n บนฉากรับแสง ( เมตร ) n คือล าดบัท่ีของแถบสวา่งหรือแถบมดืซ่ึงจุด P อยูบ่นนั้น หรือท่ีวดัมมุ ไปถึง หรือท่ีวดัความยาว x ไปถึง

1. เมือ่ฉายแสงท่ีมคีวามยาวคล่ืน 500 นาโนเมตร ตกตั้งฉากบนชอ่งแคบคูห่น่ึงซ่ึงหา่งกนั 0.1 มลิลิเมตร จงหาวา่แถบสวา่งล าดบัท่ี 20 กีอ่งศา (sin 6o= 0.1)

1. 2 องศา 2. 3 องศา 3. 6 องศา 4. 12 องศา


3

2. เมือ่ฉายแสงท่ีมคีวามยาวคล่ืน 700 นาโนเมตร ตกตั้งฉากบนชอ่งแคบคูห่น่ึงซ่ึงหา่งกนั 0.2 มลิลิเมตร จงหาวา่แถบสวา่งล าดบัท่ี 10 ทั้งสองดา้นจะท ามมุกนักีอ่งศา (sin 2o = 0.035)

1. 2 องศา 2. 3 องศา 3. 4 องศา 4. 8 องศา

3. สลิตคูห่า่งกนั 0.03 มลิลิเมตร วางหา่งจากฉาก 2 เมตร เมือ่ฉายแสงผา่นสลิต ปรากฏวา่ แถบสวา่งล าดบัท่ี 5 อยูห่า่งจากแถบกลาง 14 เซนติเมตร ความยาวคล่ืนของแสงเป็นกี ่ นาโนเมตร

1. 320 2. 380 3. 420 4. 480

4. ชอ่งแคบคูห่น่ึงหา่งกนั 0.1 มลิลิเมตร เมือ่ฉายแสงความยาวคล่ืน 600 นาโนเมตร ตกตั้ง ฉากบนชอ่งแคบ แถบสวา่งล าดบัท่ี 4 บนฉากท่ีหา่งออกไป 80 เซนติเมตร จะอยูห่า่งจาก แนวกลางกีเ่ซนติเมตร

1. 0.80 2. 1.92 3. 4.68 4. 6.59


4

5(แนว En) เมือ่ใชแ้สงท่ีมคีวามยาวคล่ืน 5.0 x 10–7 เมตร ตกตั้งฉากกบัสลิตคูเ่กดิภาพการแทรก สอดบนฉากท่ีอยูห่า่งออกไป 1 เมตร ถา้ระยะหา่งระหวา่งสลิตคูเ่ทา่กบั 0.1 มลิลิเมตร แถบสวา่ง 2 แถบท่ีติดกนัอยูห่า่งกนักี่มลิลิเมตร

1. 1 2. 3 3. 5 4. 10

6(แนว En) ให้แสงความยาวคล่ืน 600 นาโนเมตร ผา่นสลิตคูใ่นแนวตั้งฉาก เกิดลวดลายการ แทรกสอดบนฉากท่ีอยูห่า่งจากสลิต 1 เมตร วดัระยะระหวา่งกึ่งกลางของแถบสวา่ง 2 แถบท่ีถดักนัได ้ 6 มลิลิเมตร สลิตคูน้ี่มรีะยะหา่งระหวา่งชอ่งสลิตเทา่ใดในหนว่ยมิลลิเมตร

1. 0.1 2. 0.2 3. 0.3 4. 0.5

7. สลิตคูท่ี่มรีะยะระหวา่งสลิตเป็น 0.10 เซนติเมตร ฉากอยูห่ ่างจากสลิตเป็นระยะทาง 1.0 เมตร ระยะระหวา่งแถบมดืท่ีอยูติ่ดกนัมคีา่เป็น 0.5 มลิลิเมตร ความยาวคล่ืนแสงท่ีใช ้เ ป็น เทา่ใดในหนว่ยนาโนเมตร

1. 300 2. 400 3. 500 4. 600


5

8. แสงสีเหลืองความยาวคล่ืน 630 นาโนเมตร ตกตั้ง ฉากผา่นสลิตคูอ่นัหน่ึง พบวา่บนฉากท่ีหา่งออกไป 1.5 เมตร แถบสวา่งล าดบัท่ี 3 และล าดบัท่ี 7 อยู ่ หา่งกนั 6 มลิลิเมตร ชอ่งทั้งสองของสลิตคูน้ี่อยู ่ หา่งกนักีไ่มโครเมตร 1. 330 2. 450 3. 580 4. 630

9. เมือ่ให้ล าแสงขนานแสงสีเดียว ความยาวคล่ืน ตกตั้งฉากกบัสลิตคูซ่ึ่งมีระยะห่างระหวา่ง ชอ่งสลิตเป็น d แลว้จะเกิดภาพการแทรกสอดข้ึนบนฉากท่ีอยูห่ ่างจากสลิตเป็นระยะ D จงหาระยะระหวา่งแถบสวา่งแถบแรกกบัแถบมืดท่ีสาม

1. dDλ 2. 23 dDλ 3. 2 dDλ 4. 2

5 dDλ

10. เมือ่ใชแ้สงสีแดงความยาวคล่ืน 650 นาโนเมตร ตกตั้งฉากกบัสลิตคู ่ เกิดภาพแทรกสอด บนฉากโดยแถบสวา่ง 2 แถบติดกนัอยูห่า่งกนั 0.25 มลิลิเมตร แตถ่า้ใชแ้สงสีมว่งความ

ยาวคล่ืน 400 นาโนเมตร ตกตั้งฉากกบัสลิตคูด่งักลา่วแถบสวา่ง 2 แถบติดกนัจะห่างกนั กีม่ลิลิเมตร 1. 0.10 2. 0.15 3. 0.20 4. 0.22

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 6 mm


6

11. เมือ่ให้ล าแสงขนานผา่นสลิตคูห่น่ึง แสงสีใดตอ่ไปน้ีจะให้จ านวนแถบสวา่งมากท่ีสุด 1. แสงสีน ้ าเงิน 2. แสงสีเขียว 3. แสงสีแสด 4. แสงสีแดง

12. ระยะหา่งระหวา่งชอ่งสลิตควรจะมคีา่น้อย เพื่อ

1. จะไดแ้ถบสวา่งมคีวามสวา่งมากข้ึน 2. จะท าให้แถบสวา่งอยูช่ิดกนัมากข้ึน ท าให้อยูใ่นชว่งท่ีเคร่ืองมอืวดัจะวดัได ้3. จะท าให้แถบสวา่งมขีนาดเล็กกวา่เดิม 4. จะท าให้แถบสวา่งอยูห่า่งกนัท าให้สะดวกในการวดั

12.2 การเล้ียวเบนของแสง

เมือ่ฉายแสงผา่นแผน่ทึบแสงซ่ึง ม ี 1 ชอ่งแคบ ( สลิตเด่ียว ) เมือ่แสง ลอดผา่นชอ่งแคบไปแลว้ จะเกดิการ เล้ียวเบนโดยแถบสวา่งกลางจะมคีวาม กวา้งมากและถดัออกไป จะมแีถบมดื กบัแถบสวา่งสลบักนัไป แถบมดืแรก ท่ีอยูถ่ดัจากแถบสวา่งกลาง จะเรียก แถบมดืท่ี 1 ( N1 ) ถดัไปจะเป็นแถบ มดืท่ี 2 ( N2 ) , 3 ( N3 ) ไปเร่ือยๆ


7

สมการทีใ่ช้ค านวณเกี่ยวกับแนวบัพของการเลี้ยวเบน d sin = n และ = Dn

xd

เมือ่ d คือความกวา้งของชอ่งสลิตเด่ียว ( เมตร ) คือความยาวคล่ืน ( เมตร ) คือมมุท่ีวดัจากแถบสวา่งกลางถึงแถบมืดท่ี n D คือระยะจากสลิตถึงฉากรับแสง ( เมตร ) x คือระยะจากแถบสวา่งกลางถึงแถบมดืท่ี n บนฉากรับแสง ( เมตร ) n คือล าดบัท่ีของแถบมดืซ่ึงวดั x ไปถึง หรือวดั ไปถึง

13. ฉายแสงผา่นสลิตเด่ียวท าให้เกดิแนวมดืแถบแรกเบนไปจากแนวกลางเป็นมุม 30o ก าหนด ความยาวคล่ืน 650 นาโนเมตร จงหาความกวา้งของชอ่งสลิตในหนว่ยไมโครเมตร

1. 0.65 2. 1.3 3. 650 4. 1300

14(แนว En) ใชแ้สงมคีวามยาวคล่ืน 600 นาโนเมตร ตกตั้งฉากผา่นสลิตเด่ียวท่ีมีความกวา้งของชอ่งเทา่ กบั 50 ไมโครเมตร จากการสังเกตภาพเล้ียวเบน บนฉาก พบวา่แถบมดืแถบแรกอยูห่า่งจากกึ่งกลาง แถบสวา่งกลาง 6.0 มลิลิเมตร ระยะระหวา่ง สลิตเด่ียวกบัฉากเป็นเทา่ใดในหนว่ยเซนติเมตร

1. 20 2. 30 3. 40 4. 50

d

N1 N1

x = 6 mm


8

15. แสงความยาวคล่ืน 550 นาโนเมตร ตกตั้งฉากบนสลิตเด่ียวกวา้ง 50 ไมโครเมตร เกดิ ภาพการแทรกสอดบนฉากหา่ง 0.6 เมตร แถบมดืท่ีสองอยูห่า่งจากแถบมืดท่ีส่ีกีเ่มตร 1. 0.66 x 10–2 2. 1.32 x 10–2 3. 0.66 x 10–3 4. 1.32 x 10–3

16(แนว En) แสงสีเหลืองความยาวคล่ืน 590 นาโนเมตร เป็นล าขนาน ฉายผา่นสลิตเด่ียว (single slit ) กวา้ง 250 ไมโครเมตร แสงท่ีตก บนฉากหลงัสลิตท่ีระยะ 50 เซนติเมตร มคีวามเขม้ดงัรูปในแนว ตั้งฉากกบัแนวของสลิตระยะ A จะเป็นเทา่ใด

1. 1.18 มลิลิเมตร 2. 2.36 มลิลิเมตร 3. 3.54 มลิลิเมตร 4. 4.92 มลิลิเมตร

17. ใชแ้สงความยาวคล่ืน 600 นาโนเมตร ฉายผา่นสลิตเด่ียวเกิดแถบมืด – สวา่ง บนฉากห่าง ออกไป 3 เมตร ระยะหา่งระหวา่งจุดท่ีมดืท่ีสุดสองขา้งของแถบสวา่งท่ีกวา้ง ท่ีสุดเป็น 1.5 เซนติเมตร สลิตนั้นกวา้งกีเ่มตร 1. 1.2 x 10–2 2. 2.4 x 10–2 3. 1.2 x 10–4 4. 2.4 x 10–4

A


9

12.3 เกรตติง

เกรตติงเป็นแผน่ทึบแสงซ่ึงประกอบดว้ยชอ่งขนาดเล็กจ านวนมากมายท่ีเ ล็กจนมองดว้ยตาเปลา่ไมเ่ห็น จ านวนชอ่งของเกรตติงอาจมตีั้งแต ่ 1000 ถึง 10000 ชอ่งในชว่งความยาว 1 เซนติเมตร โดยชอ่งมขีนาดแคบมากและอยูห่า่งเทา่ๆ กนั ปกติแลว้เมือ่แสงผา่นเกรตติงออกไป จะท าให้เกดิทั้งการแทรกสอดและเ ล้ียวเบนข้ึนควบคูก่นัไป โดยแถบสวา่งของการเล้ียวเบนจะมคีวามกวา้งมาก ส่วนแถบสวา่งและแถบมืดของการแทรกสอดจะมขีนาดเล็กแทรกอยูภ่ายในแถบสวา่งของการเล้ียวเบนนั้น การค านวณเกีย่วกบัแถบสวา่ง ( An ) ของการแทรกสอด ยงัคงใชส้มการเดิมคือ d sin = n = Dn

xd

เมือ่ คือความยาวคล่ืน ( เมตร ) d คือระยะหา่งจาก S1 ถึง S2 ( เมตร )

เราหาคา่ d ไดจ้าก

d = นนความยาวนัจ านวนช่องใตติงความยาวเกร

D คือระยะจากสลิตถึงฉากรับแสง ( เมตร ) คือมมุท่ีวดัจากแถบสวา่งกลางถึงแถบสวา่งท่ี n x คือระยะจากแถบสวา่งกลางถึงแถบสวา่งท่ี n บนฉากรับแสง ( เมตร ) n คือล าดบัท่ีของแถบสวา่งท่ีวดัมมุ ไปถึง หรือท่ีวดัความยาว x ไปถึง

ความสว่างที่เกดิจากการ

เลี้ยวเบนโดยสลติเดี่ยว

ความสว่างที่เกดิจากการ

แทรกสอดโดยสลติคู่


10

การค านวณเกีย่วกบัแถบมืด ( Nn ) ของการเล้ียวเบนใชส้มการ d sin = n = Dn

xd

เมือ่ d คือความกวา้งของชอ่งสลิตเด่ียว ( เมตร ) คือความยาวคล่ืน ( เมตร ) คือมมุท่ีวดัจากแถบสวา่งกลางถึงแถบมืดท่ี n D คือระยะจากสลิตถึงฉากรับแสง ( เมตร ) x คือระยะจากแถบสวา่งกลางถึงแถบมดืท่ี n บนฉากรับแสง ( เมตร ) n คือล าดบัท่ีของแถบมดืซ่ึงวดั x ไปถึง หรือวดั ไปถึง

18(แนว มช) เกรตติงม ี 2000 ชอ่งตอ่เซนติเมตร ถา้ฉายแสงความยาวคล่ืนขนาดหน่ึงไปยงัเกรต ติงน้ี แถบสวา่งท่ีเกดิข้ึนแถบแรกบนจอจะอยูห่า่งจากแนวกลางเป็นมมุ 30 องศา แสงนั้นมี ความยาวคล่ืนเทา่ใดในหนว่ยนาโนเมตร 1. 1.5x10–6 2. 2.5x10–6 3. 1500 4. 2500

19(แนว En) จากการทดลองเพื่อศึกษาสเปกตรัมของกา๊ซ ไฮโดรเจน โดยใชเ้กรตติงซ่ึงมจี านวนชอ่ง/เซนติเมตร เทา่กบั 3000 ดงัรูป พบวา่เมือ่ระยะ D เทา่กบั 1 เมตร จะมแีถบสวา่งสีเดียวกนับนไมเ้มตรหา่งจาก จุด O ทั้งทางดา้นซา้ยและขวาเทา่กนัคือ 0.3 เมตร จงหาวา่แถบสวา่งนั้น มคีวามยาวคล่ืนประมาณ

1. 464 นาโนเมตร 2. 565 นาโนเมตร 3. 632 นาโนเมตร 4. 1000 นาโนเมตร

x O

D

เกรตตงิ


11

20(แนว มช) แสงความยาวคล่ืน 500 นาโนเมตร พุง่ผา่นเกรตติงพบวา่แนวแถบสวา่งแถบท่ี 4 ท ามมุกบัแนวแถบสวา่งตรงกลางเทา่กบั 30 องศา จงหาจ านวนชอ่งสลิตตอ่เซนติเมตรของ

เกรตติงน้ี 1. 2000 2. 200 3. 3333 4. 2500

21(แนว En) แสงขาวตกตั้งฉากกบัเกรตติง สเปกตรัมล าดบัท่ี 3 ของแสงสีมว่งตรงกบัสเปกตรัม ล าดบัท่ี 2 ของแสงสีแดง ถา้ความยาวคล่ืนของแสงสีมว่งเป็น 400 นาโนเมตร ความยาว คล่ืนของแสงสีแดงเป็นกีน่าโนเมตร

1. 100 2. 300 3. 600 4. 900

22. เมือ่ให้แสงความยาวคล่ืน 1 และ 2 ผา่นสลิตคูซ่ึ่งหา่งกนั d พบวา่แถบมดืท่ี 4 ของ แสงความยาวคล่ืน 1 เกดิข้ึนท่ีเดียวกบัแถบมืดท่ี 5 ของแสงความยาวคล่ืน 2 อตัราสว่น ของ 1 / 2 มคีา่เทา่ใด

1. 21 2. 3

5 3. 53 4. 7

9


12

23. ถา้ฉายแสงความยาวคล่ืน 500 และ 600 นาโนเมตร ผา่นตั้งฉากกบัเกรตติงไปยังฉาก จงหาล าดบัของแสงสีทั้งสองท่ีท าให้ร้ิวสวา่งซอ้นกนัเป็นคร้ังแรกจากแนวกลาง

1. A6 สีแรกซอ้น A5 สีสอง 2. A4 สีแรกซอ้น A2 สีสอง 3. A5 สีแรกซอ้น A6 สีสอง 4. A2 สีแรกซอ้น A4 สีสอง

24. เกรตติงอนัหน่ึงชนิด 4000 ชอ่ง/เซนติเมตร ถา้ให้แสงมีความยาวคล่ืน 600 นาโนเมตร สอ่งผา่นจะเห็นแถบสวา่งทั้งหมดกีแ่ถบ 1. 4 2. 5 3. 8 4. 9

25(แนว En) ตอ้งการให้ต าแหนง่ร้ิวมดืแรกของลวดลายจากการเ ล้ียวเบนของสลิตเ ด่ียวตรงกบั ต าแหนง่มดืท่ี 5 ของร้ิวลวดลายจากการแทรกสอดของสลิตคูร่ะยะระหวา่งสลิตคูต่้องเ ป็น กีเ่ทา่ของความกวา้งของสลิต 1. 5 2. 2

7 3. 29 4. 2

11


13

12.4 การกระเจิงของแสง

เมือ่แสงอาทิตย์ผา่นเขา้มาในบรรยากาศของโลก แสงจะกระทบโมเลกลุของอากาศหรืออนุภาคในบรรยากาศ อิเล็กตรอนในโมเลกลุจะดูดกลืนแสงท่ีตกกระทบนั้น และจะปลดปลอ่ยแสงนั้นออกมาอีกคร้ังหน่ึงในทุกทิศทาง ปรากฏการณ์น้ีเรียกวา่ การกระเจิงของแสง ปกติแลว้แสงสีมว่ง สีน ้ าเงิน ในแสงอาทิตย์จะกระเจิงไดดี้กวา่แสงสีแดง ดงันั้นในชว่งเวลากลางวนัแสงสีมว่ง สีน ้ าเงินจะกระเจิงเต็มทอ้งฟ้า แตต่าคนเรารับแสงสีน ้ าเงินไดดี้กวา่สีมว่งเราจึงมองเห็นทอ้งฟ้าเป็นสีฟ้าในตอนกลางวนั สว่นในตอนเชา้ซ่ึงพระอาทิตย์เร่ิมข้ึน หรือตอนเย็นพระอาทิตย์ใกลต้ก สีมว่งและสีน ้ าเงินซ่ึงกระเจิงไดดี้ จะกระเจิงหายไปทางอ่ืน ท าให้เหลือแตสี่แดงเราจึงเห็นทอ้งฟ้าเป็นสีแดงในตอนเชา้หรือเย็น

Documents

ติวสบายฟิสิกส์ เล่ม 3 ... · ติวสบายฟิสิกส์ เล่ม 3 บทที่ 12 แสงเชิงฟิสิกส์