Fale i optyka: zadania i pytania egzaminacyjne

Drgania i fale: prędkość fali, dźwięk i decybele, efekt Dopplera, fale stojące na strunach i w rurach, załamanie i całkowite wewnętrzne odbicie, soczewki i zwierciadła, interferencja i dyfrakcja. Większość pytań egzaminacyjnych wymaga jednej kluczowej zależności zastosowanej starannie, z właściwymi jednostkami i znakami.

Ćwicz ten przedmiot za darmo Ćwicz ten przedmiot Napisz egzamin próbny5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.

Zestaw na powtórkę (PDF)Wzory, kroki metod i zadania z pełnymi rozwiązaniami, gotowe do wydruku.

Tematy w tym przedmiocie

Wskazówki egzaminacyjne: Fale i optyka

Każdy kąt mierz od normalnej, nigdy od powierzchni.
Zapisz konwencję znaków przy każdym zadaniu o soczewce lub zwierciadle: f < 0 dla soczewek rozpraszających i zwierciadeł wypukłych, dᵢ < 0 dla obrazów pozornych.
Zamień nm, mm i cm na metry, zanim użyjesz wzoru na interferencję.

Przykłady z rozwiązaniami

Sprężyny i wahadłaŁatwy

Masa 3,2 kg na sprężynie o współczynniku sprężystości 210 N/m drga na powierzchni bez tarcia. Wyznacz okres drgań T.

m = 3,2 kgk = 210 N/m

Oblicz T (s)

Pokaż podpowiedzi

Okres drgań układu masa–sprężyna nie zależy od amplitudy.
T = 2π·√(m/k).
√(m/k) = 0,1234 s.

Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Ruch harmoniczny prosty: masa m na sprężynie o współczynniku sprężystości k drga z częstością kołową ω = √(k/m) i okresem T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Wahadło matematyczne o długości L ma T = 2π·√(L/g). Przy amplitudzie A największa prędkość wynosi A·ω, największe przyspieszenie A·ω², a energia ½·k·A².

Okres

T = 2π·√(3,2/210) = 0,7756 s

Odpowiedź

T = 0,7756 s

Fale, dźwięk i optykaŚredni

Układ: Rura otwarta na obu końcach. Wymagana częstotliwość dla: harmoniczna numer 3 to 686 Hz. Prędkość dźwięku wynosi 343 m/s. Znajdź długość L rury.

v = 343 m/sn = 3f₃ = 686 Hz

Oblicz L (m)

Pokaż podpowiedzi

f = n·v/(2L).
Wylicz L.
λ = v/f = 0,5 m.

Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Fale stojące i efekt Dopplera: struna zamocowana na obu końcach lub rura otwarta na obu końcach mieści całkowitą liczbę półfal: L = nλ/2, f_n = n·v/(2L), n = 1, 2, 3, … Rura zamknięta na jednym końcu ma węzeł na końcu zamkniętym i strzałkę na otwartym: L = nλ/4 tylko dla nieparzystych n, f_n = n·v/(4L). Gdy źródło lub obserwator poruszają się wzdłuż linii między nimi, f′ = f·(v ± v_o)/(v ∓ v_s): górne znaki stosuj dla ruchu ku sobie. Dwie fale o niemal równych częstotliwościach dudnią z częstotliwością |f₁ − f₂|.

Długość fali

λ = v/f = 343/686 = 0,5 m

Długość

L = nλ/2 = 3·0,5/2 = 0,75 m

Odpowiedź

L = 0,75 m

Jak wygląda ćwiczenie

„Ćwicz ten przedmiot” miesza zadania ze wszystkich jego tematów, jak na prawdziwym egzaminie.
Każde zadanie ma nowe wartości, więc uczysz się metody, a nie odpowiedzi.
Utknąłeś? Najpierw otwórz małą podpowiedź, a pełne wyjaśnienie dopiero wtedy, gdy go potrzebujesz.
Egzaminy próbne są mierzone czasem i nie mają podpowiedzi, a na końcu dostajesz wynik i pełne omówienie.

Kalkulatory do tego kursu

Kalkulator okresu wahadła i sprężyny Kalkulator stałej sprężyny (prawo Hooke’a)

Powiązane przedmioty

Fizyka 1: Mechanika Zadania do ćwiczeń z AP Physics 1 Dynamika Fizyka dla inżynierów Fizyka 2: Elektryczność i magnetyzm

Ćwicz ten przedmiot za darmo Ćwicz ten przedmiot Napisz egzamin próbny5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.