Problemas de Ondas Electromagnéticas

Problemas de Ondas Electromagnéticas
AP Física B de PSI
Nombre________________________________
Multiopción
1. ¿Cuál de las siguientes teorías puede explicar la curvatura de las ondas detrás de los
obstáculos en la "región de sombra"?
(A) La teoría corpuscular de la luz
(B) La teoría ondulatoria de la luz
(C) Teoría cinéticas
(D) Teoría de la relatividad
(E) La mecánica clásica
2. La teoría ondulatoria de la luz se asocia con:
(A) Isaac Newton
(B) Albert Einstein
(C) Max Plank
(D) Christian Huygens
(E) Robert Milliken
3. Un rayo de luz tiene una longitud de onda de 600nm en el aire. ¿Cuál es la frecuencia
de la luz?(C = 3x108 m/s)
(A) 5,0·1014 Hz
(B) 2,0·1014 Hz
(C) 3,0·1014 Hz
(D) 6,0·1014 Hz (E) 2,0·1014 Hz
4. ? Un rayo de luz cambia su dirección al chocar contra un límite entre el aire y el agua.
¿Cuál de las siguientes es responsable por este fenómeno?
(A) Difracción
(B) Interferencia
(C) Reflexión
(D) Refracción
(E) Polarización
5. Un rayo de luz que viaja en el aire con una longitud de onda de 600nm cae sobre un
bloque de vidrio. ¿Cuál es la longitud de onda del rayo de luz en el vidrio? (N = 1,5)
(A) 500 nm
(B) 400 nm
(C) 600 nm
(D) 300 nm
(E) 900 nm
6. Un rayo de luz que viaja en el aire con una longitud de onda de 600nm cae sobre un
bloque de vidrio. ¿Cuál es la velocidad del rayo de luz en el vidrio? (C = 3x108 m/s, n =
1,5)
(A) 3,0·108 m/s
(B) 2,0·108 m/s (C) 1,5·108 m/s (D) 1,0·108 m/s
(E) 0,5·108 m/s
7. Un rayo de luz que viaja en el aire con una longitud de onda de 600 nm cae sobre un
bloque de vidrio. ¿Cuál es la frecuencia del rayo de luz en el vidrio? (C = 3x108 m/s, n =
1,5)
(A) 5,0·1014 Hz
(B) 2,5·1014 Hz
(C) 3,0·1014 Hz
(D) 6,0·1014 Hz (E) 2,0·1014 Hz
8. ¿Cuál de las siguientes es el orden correcto de la radiación electromagnética con una
creciente frecuencia?
(A) Ondas de radio, luz visible, radiación IR, radiación UV, rayos X, rayos γ
(B) γ-Rays, luz visible, radiación IR, radiación UV, rayos X, ondas de radio
(C) Ondas de radio, radiación UV, luz visible, radiación IR, los rayos X, rayos γ
(D) Ondas de radio, luz visible, rayos X, radiación IR, radiación UV, rayos γ
(E) Ondas de radio, radiación IR, luz visible, radiación UV, los rayos X, rayos γ
9. Un rayo de luz se expande cuando viaja a través de una rendija estrecha. ¿Cuál de las
siguientes puede explicar este fenómeno?
(A) Polarización
(B) Reflexión
(C) Dispersión
(D) Difracción
(E) Refracción
10. En Young experimento de doble rendija una serie de líneas claras y oscuras se observó.
¿Cuál de los siguientes principios es responsable por este fenómeno?
(A) Polarización
(B) Reflexión
(C) Dispersión
(D) Interferencia
(E) Refracción
11. ¿Cuál de las siguientes ondas electromagnéticas puede ser difractada por un edificio?
(A) Ondas de Radio
(E) Ondas de γ
(B) Ondas infrarrojas
(C) Ondas ultravioletas
(D) Luz visible
12. Un rayo de luz azul cae en dos rendijas estrechas produciendo un patrón de
interferencia en una pantalla. Si en vez del color azul un rayo de luz roja se utiliza en el
mismo experimento, ¿cual nuevos cambios en el patrón de interferencia se puede
observar?
(A) Franjas de interferencia se mueven cerca al máximo central
(B) Franjas de interferencia se alejan del máximo central
(C) No hay cambios en la interferencia
(D) Franjas brillantes se sustituyen con franjas oscuras
(E) El número de franjas aumenta
13. En el experimento de doble rendija de Young un patrón de interferencia se observa en
una pantalla. El aparato entonces se sumerge en el agua. ¿Cuál es el nuevo cambio en
el patrón de interferencia?
(A) Franjas de interferencia se mueven cerca al máximo central
(B) Franjas de interferencia se alejan del máximo central
(C) No hay cambios en la interferencia
(D) Franjas brillantes se sustituyen con franjas oscuras
(E) El número de franjas aumenta
14. Dos ondas de luz coherente, se acercan a un punto determinado en la pantalla
produciendo una interferencia constructiva. La distancia adicional óptica recorrida por
una de las ondas es la siguiente:
(A) λ/2
(B) λ/3
(C) 3λ/2
(D) λ
(E) 5λ/2
15. En un experimento de doble rendija de Young la distancia entre las rendijas incrementa.
¿Qué sucede con la separación entre las franjas?
(A) Aumenta
(B) Disminuye
(B) Sigue siendo lo mismo
(D) Aumenta para las franjas brillantes y disminuye para las franjas oscuras
(E) Aumenta para las franjas oscuras y disminuye para las franjas brillantes
16. En un experimento de doble rendija la distancia entre las rendijas se duplica. ¿Qué pasa
con la separación entre dos máximos adyacentes?
(A) Se duplica
(B) Se cuádrupla
(C) Se corta a la mitad
(D) Se corta a la cuarta
(E) Sigue siendo lo mismo
17. En un experimento de una sola rendija, el resultado de la interferencia por un rayo láser
(que un estudiante observo) fue un conjunto de círculos concéntricos de color rojo y
negro. ¿Cuando el aumenta la separación entre las rendijas que ocurre con el patrón de
interferencia?
(A) La separación entre los círculos aumenta
(B) La separación entre los círculos disminuye
(C) No hay cambios en el patrón de interferencia
(D) La separación entre los círculos aumenta y luego disminuye
(E) La separación entre los círculos disminuye y luego aumenta
18. Un haz de luz incide sobre una película delgada y parcialmente se refleja de la película
y se transmite parcialmente a través de la película. ¿Cuál es la diferencia de fase entre
las ondas reflejadas y transmitidas?
(A) λ
(B) 2λ
(C) λ/3
(D) λ/4
(E) λ/2
19. Un haz de luz que viaja en el agua entra al aire. ¿Cual es la diferencia de fase entre las
ondas incidentes y transmitidas?
(A) 0
(B) 2λ
(C) λ/3
(D) λ/4
(E) λ/2
20. Un haz de luz de ondas coherentes con una longitud de onda de 600nm cae
perpendicularmente sobre la rejilla de difracción. La separación entre dos rendijas
adyacentes es de 1,8µm. ¿Cuál es el número máximo de órdenes del espectro que se
puede observar en la pantalla?
(A) 1
(B) 2
(C) 3
(D) 4
(E) 5
21. Los rayos del sol caen sobre un prisma de cristal. ¿Cuál de los rayos siguientes se
refracta menos?
(A) Azul
(B) Violeta
(C) Verde
(D) Amarillo
(E) Rojo
22. Luz, no polarizada, pasa a través de dos polarizadores; el eje de uno es vertical y del
otro es 60o al vertical. Si la intensidad de la luz incidente es I0, ¿Cuál es la intensidad de
la luz transmitida?
(A) I0
(B) I0 /4
(C) I0/3
(D) I0/2
(E) I0/8
Preguntas Abiertas
1. Luz coherente monocromática cae normalmente en dos rendijas separadas por una
distancia d =2,2mm. El patrón de interferencia se observa en una pantalla de L = 4m
desde las rendijas.
a.
b.
c.
d.
¿Cuál es el resultado de la interferencia en el punto A?
¿Cuál es la longitud de onda de la luz incidente?
Determina el ancho angular entre dos máximas de segunda orden.
Si una de las rendijas se cubre con un bloque de vidrio y las dos ondas surgen
de las rendijas con 180o fuera de fase. Describe la interferencia del patrón en la
pantalla.
2. En el experimento de doble rendija rayos del sol inciden sobre dos rendijas estrechas
con 2,4 mm de separación. Franjas de color se observan en un detector de pantalla de
2m de distancia desde las rendijas. (Λvioleta = 400nm, λRojo=700 nm)
a. Determina la diferencia del camino entre dos ondas azules que llegan a la
máxima del primer orden.
b. Determina la diferencia del camino entre dos ondas rojas que llegan a la máxima
del primer orden.
c. Determina el ancho de la segunda orden máxima.
d. El aparato entero se sumerge en el agua con índice de refracción de 1,3.
Determina el ancho de la segunda máxima.
3. Luz con dos longitudes de onda λAzul =450nm y λRojo =700 nm inciden sobre una rejilla de
difracción de 6000 líneas/cm. Un patrón de interferencia de colores se observa en una
pantalla de 2,5m de distancia.
a. ¿Cuál es la amplitud angular entre dos líneas espectrales azules de primer
orden?
b. ¿Cuál es la amplitud angular entre dos líneas espectrales azules de primer
orden?
c. ¿Cuál es la distancia entre dos, rojo y azul, líneas espectrales de segunda
orden?
d. ¿Cuántas órdenes espectrales de color azul se pueden ver en la pantalla?
e. ¿Cuántas órdenes espectrales de color rojo se pueden ver en la pantalla?
4. Un bloque de vidrio de n=1,6 está cubierta por una fina película de n=1,3. Una haz
monocromática de luz λ=600nm que inicialmente viaja en el aire incide sobre la película.
(Supone que el ángulo de la incidencia es pequeño)
a. ¿Cuál es la frecuencia de la luz incidente?
b. ¿Cual es la longitud de onda de la luz en la película?
c. ¿Cuál debe ser el espesor mínimo de la película con el fin de minimizar la intensidad
de la luz reflejada?
d. ¿Cuál debe ser el mínimo, distinto de cero, espesor de la película con el fin de
maximizar la intensidad de la luz reflejada
5. Una burbuja de jabón se ilumina con luz de 480nm. El índice de refracción de la burbuja es
de 1,3.
a. Calcula la frecuencia de la luz incidente.
b. Calcula la longitud de onda de la luz en la película.
c. Calcula el espesor mínimo de la película necesaria para minimizar la intensidad de la
luz reflejada.
d. Calcula el espesor mínimo, distinto de cero, de la película necesaria para maximizar la
intensidad de la luz reflejada.
Respuestas para Multiopción
1. B
5. B
2. D
6. B
3. A
7. C
4. D
8. E
9.
10.
11.
12.
D
D
A
A
13.
14.
15.
16.
A
D
B
C
17.
18.
19.
20.
B
E
A
C
21. E
22. E
Preguntas Abiertas
Pregunta 1
a) Interferencia Constructiva, punto brillante
b) 𝑑 sin 𝜃 = 𝑚𝜆
𝑥
𝑑 = 𝑚𝜆
𝐿
𝜆=
𝑑𝑥
𝑚𝐿
=
(2,2𝑥10−3 )(2𝑥10−3 )
(1)4
= 1,1𝑥10−6 𝑚
c) 𝑑 sin 𝜃 = 𝑚𝜆
𝑚𝜆
sin 𝜃 =
𝑑
𝜃 = sin−1
(2)1,1𝑥10−6
𝑚𝜆
= sin−1
= 0,06𝑜
𝑑
2,2𝑥10−3
Este es el ángulo desde el centro hasta un máxima; El ángulo entre las máxima es 0,12 o
d) Los puntos brillosos and oscuros se cambian.
Pregunta 2
a) 400 nm
b) 700 nm
c) 𝑑
𝑥
= 𝑚𝜆
𝑚𝜆𝐿
𝑥=
𝑑
𝐿
𝑥𝑣𝑖𝑜𝑙𝑒𝑡𝑎 =
𝑚𝜆𝐿
2(400𝑥10−9 )2
=
= 6,67𝑥10−4 𝑚
𝑑
2,4𝑥10−3
𝑥𝑅𝑜𝑗𝑜 =
𝑚𝜆𝐿
2(700𝑥10−9 )2
=
= 11,67𝑥10−4 𝑚
𝑑
2,4𝑥10−3
∆𝑥 = 11,67𝑥10−4 − 6,67𝑥10−4 = 5𝑥10−4 𝑚 = 0,5𝑚𝑚
𝜆
d) Puedes recalcular con 𝜆𝑛 = 𝑛 o puedes reconocer que esto es una propiedad
distributiva y puedes dividir por 1,3.
0,5 𝑚𝑚
= 0,385 𝑚𝑚
1,3
Pregunta 3
a) 𝑑 sin 𝜃 = 𝑚𝜆
𝑑=
1𝑐𝑚
= 1,67𝑥10−6 𝑚
6000
𝜃 = sin−1
𝑚𝜆
𝑑
= sin−1
(1)450𝑥10−9
1,67𝑥10−6
= 16𝑜 x2 para obtener el ángulo entre las Máxima=32o
b) (La pregunta debe preguntar sobre el ángulo entre líneas espectrales ROJOS de primer
orden)
𝑑 sin 𝜃 = 𝑚𝜆
𝜃 = sin−1
𝑚𝜆
𝑑
= sin−1
(1)700𝑥10−9
1,67𝑥10−6
= 25𝑜 x2 para obtener el ángulo entre las Máxima= 50o
𝑥
c) 𝑡𝑎𝑛𝜃 = 𝐿
𝑥 = 𝐿 tan 𝜃
𝑥𝐴𝑧𝑢𝑙 = 2,5 tan 16𝑜 = 0,72 𝑚
𝑥𝑅𝑜𝑗𝑜 = 2,5 tan 25𝑜 = 1,2 𝑚
∆𝑥 = 1,2 − 0,72 = 0,48 𝑚
d) 𝑑 sin 𝜃 = 𝑚𝜆
En ángulos mayores que 𝜃 = 90𝑜 las líneas no serán visibles (Ondas no interfieren
porque no viajan en la misma dirección)
𝑑 sin(90)
𝑚=
𝜆
𝑑(1)
𝑚=
𝜆
𝑚=
𝑑
1,67𝑥10−6
=
= 3,7
𝜆
450𝑥10−9
La respuesta es 3 (solo se verá m=3, no se verá m=4)
𝑚=
e)
𝑑
1,67𝑥10−6
=
= 2,4
𝜆
700𝑥10−9
La repuesta es 2 (solo se verá m=2,no se verá m=3)
Pregunta 4
3𝑥108
𝑣
a) 𝑓 = 𝜆 = 600𝑥10−9 = 5𝑥1014 𝐻𝑧
b) 𝜆𝑛 =
𝜆
𝑛
=
600 𝑛𝑚
1,3
= 462 𝑛𝑚
1
c) 2𝑡 = (𝑚 + 2)𝜆
1
2𝑡 = 𝜆
2
𝜆 462 𝑛𝑚
𝑡= =
= 115 𝑛𝑚
4
4
d) 2𝑡 = 𝑚𝜆
2𝑡 = 𝜆
𝜆 462 𝑛𝑚
𝑡= =
= 231 𝑛𝑚
2
2
Pregunta 5
a) 𝑓 =
𝑣
𝜆
=
𝜆
3𝑥108
480𝑥10−9
b) 𝜆𝑛 = 𝑛 =
480 𝑛𝑚
1,3
= 6,25𝑥10 14 𝐻𝑧
= 369 𝑛𝑚
c) 2𝑡 = 𝑚𝜆
2𝑡 = 𝜆
𝜆 369 𝑛𝑚
𝑡= =
= 185 𝑛𝑚
2
2
1
d) 2𝑡 = (𝑚 + 2)𝜆
1
2𝑡 = 𝜆
2
𝜆 369 𝑛𝑚
𝑡= =
= 92 𝑛𝑚
4
4