physic ม.ปลาย

ลำดับตอนที่ #4 : แสงและการเห็น

อยากกระโดดกอด จขกท ที่ให้เนื้อหานี้ มากมาย อธิบายซ่ะเข้าใจเลย

v

v

สมบัติของแสง

แสง

            แสงเป็นคลื่นจึงมีสมบัติ 4 ประการ คือ

                        1. การสะท้อน                         2. การหักเห

                        3. การเลี้ยวเบน                       4. การแทรกสอด

          กระจกเว้า ( ใช้จุด C เป็นหลัก )

เลนส์นูน (ใช้จุด 2F เป็นหลัก )

หลักการจำ 

            เลนส์นูนและกระจกเว้า ให้ทั้งภาพจริง และภาพเสมือน ภาพจริงมีทั้งขนาดเล็ก และใหญ่กว่าวัตถุ ภาพเสมือน มีแต่ขนาดใหญ่กว่าวัตถุเสมอ

            เลนส์เว้าและกระจกนูน ให้ภาพเสมือนหัวตั้ง ขนาดเล็กกว่าวัตถุอย่างเดียวเท่านั้น

1    =  1  +  1

 f         s       s’

**f    =  R

             2

หลักการคำนวณกระจกและเลนส์

 f – คือระยะโฟกัส

 s – คือระยะวัตถุ

 s’ - คือระยะภาพ

กำลังขยาย m  =  I   =  S’

                        O       S

  I – ขนาดภาพ

  O – ขนาดวัตถุ

การใช้เครื่องหมายในการคำนวณ

	กระจกเว้าหรือเลนส์นูน	กระจกนูนหรือเลนส์เว้า
ความยาวโฟกัส (f)	+ เพราะรวมแสงมาตัดกันจริง	- เพราะกระจายแสง จึงไม่มีแสงมาตัดกัน
ระยะวัตถุ (S)	+	+
ระยะภาพ (S’)	+ ถ้าเป็นภาพจริง - ถ้าเป็นภาพเสมือน	- เพราะให้ภาพเสมือนเท่านั้น

**หมายเหตุ

            1. ถ้าเป็นกระจกจะมีสูตร     f  = R/2   ซึ่งจะเป็นจริงเฉพาะกระจกโค้ง ที่มีความโค้งน้อย   และบานเล็ก ๆ   เท่านั้น   ถ้าเป็นเลนส์ห้ามใช้สูตรนี้ ต้องใช้สูตรคือ  

1/f  =  (n-1)[1/R₁ + 1/R₂] จึงต้องทราบทั้งค่า n ของแก้ว และ R ของเลนส์ทั้งสองข้างจึงหา f ได้

m  = s’- f

           f  

 m  =    f

          s - f

            2. ถ้ารวมสูตร    m = I/O = S’/ S  เข้ากับ  1/f  = 1/S+1/S’        จะได้สูตร

            3. การแทนค่าในสูตรต้องคิดเครื่องหมาย +,- ด้วย โดยภาพจริงใช้ mเป็นบวก,ภาพเสมือนใช้ m เป็นลบ

การเกิดภาพซ้อนที่เดียวกับวัตถุ

            หลัก

            1. จะเกิดภาพที่เดียวกับวัตถุได้แสดงว่าแสงต้องเคลื่อนที่ไปตกตั้งฉากกับกระจก

แล้วสะท้อนกลับทางเดิม รังสีของแสงจึงมาตัดกันที่เดิม

            2. ควรใช้วัตถุเป็นจุด เพื่อให้เขียนทางเดินแสงได้ง่าย

1. วางวัตถุที่จุดศูนย์กลางความโค้ง ( C ) ของกระจกเว้า

            แนวรังสีจะอยู่ในแนวรัศมีวงกลม จึงตกตั้งฉากกับผิวกระจกเว้าแล้วสะท้อนกลับทางเดิม

2. วางวัตถุที่จุดโฟกัสของเลนส์นูน (F) ที่วางหน้ากระจกเงาราบ

            เมื่อวางวัตถุไว้ที่จุดโฟกัสของเลนส์นูน จะได้รังสีขนาดซึ่งเมื่อตกตั้งฉากกระจกเงาราบ รังสีจะสะท้อนกลับทางเดิม

            สังเกต ไม่ว่ากระจกกับเลนส์จะห่างกันเท่าใด จะให้ผลเช่นเดียวกัน

3. วางวัตถุที่จุดใด ๆ หน้าเลนส์นูนที่วางกระจกนูน

            วางวัตถุไว้ที่จุดใดก็ตามหน้าเลนส์นูน จะเกิดการรวมแสงให้แคบลงมา ถ้าจัดให้รังสีที่ผ่านเลนส์นูนมีแนวตรงกับจุด C ของกระจกนูน รังสีนั้นจะตกตั้งฉากผิวกระจกนูนทำให้สะท้อนกลับทางเดิม

ช่องคู่และช่องเดี่ยว

            ถ้าให้แสงเคลื่อนที่มาพบสิ่งกีดขวางที่มีช่องเปิดเล็ก ๆ 1 ช่อง จะเรียกว่า “ช่องเดี่ยว” และถ้ามีช่องเปิดเล็ก ๆ 2ช่อง จะเรียกว่า “ช่องคู่” ซึ่งแสงที่ผ่านช่องเดี่ยวและช่องคู่จะสามารถเลี้ยวเบนได้ทั้งคู่ แต่จะมีลักษณะการแทรกสอดที่แตกต่างกัน ซึ่งจะสังเกตได้บนฉากที่ไปรับแสงด้านหลังสลิต

          ช่องคู่

            ช่องคู่  แนวปฏิบัพจะลงตัวเป็น   1λ , 2 λ ,  3λ ,…

                        แนวบัพจะลงครึ่งเริ่มจาก 0.5 λ , 1.5 λ , 2.5 λ ,…

สูตร    S₁P  -  S₂P    

แถบสว่าง

แถบมืด

**หมายเหตุ

            d ในสูตรช่องคู่ คือ ระยะห่างระหว่างกึ่งกลางช่อง

            แถบสว่างทุกแถบมีความกว้างเท่ากัน และแถบที่อยู่ติดกันจะมีความสว่างใกล้เคียงกัน (ถ้าช่องแคบมากและฉากอยู่ไกลถือว่าทุกแถบสว่างเท่ากัน)

            ช่องเดี่ยว

 

            ช่องเดี่ยว         แนวบัพจะลงตัวเป็น 1 λ , 2 λ , 3 λ ,…

                                    แนวปฏิบัพจะลงครึ่งเริ่มจาก 1.5 λ , 2.5 λ , 3.5 λ ,…

แถบสว่าง

แถบมืด 

**หมายเหตุ

            d ในสูตรช่องเดี่ยวคือความกว้างช่อง

แถบสวางกลางกว้างเป็น 2 เท่าของแถบอื่น และมีความสว่างแตกต่างกันมากโดยแถบสว่างกลางสว่างที่สุด แถบอื่นยังเบนจากแนวกลางยิ่งสว่างลดลงเรื่อย ๆ

มุมวิกฤต ( Critical angle, θc ) และการสะท้อนกลับหมด

-          เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มี n มากเข้าสู่ตัวกลางที่มี n น้อย รังสีจะเบนออกจากเส้นแนวฉาก

-          มุมวิกฤต θc คือ มุมตกกระทบที่ทำให้มุมหักเหเป็น 90 °

                        จากสูตร             n₁sinθ₁        =          n₂sin θ

                                                    . ^. .  n₁sinθc           =          n₂sin  90 °

หมายเหตุ

            1. ถ้าไม่กำหนดว่าออกสู่ตัวกลางใด ให้หมายความว่าออกสู่อากาศ(n=1) นั่นคือถ้าทราบมุมวิกฤตจะทราบค่าดรรชนีหักเหของตัวกลางแรกทันที

                                    ^. . ^.    n₁sinθc =          n_{อากาศ} sin  90 °

                                                n₁sinθc         =         (1)(1)

                                    n₁                   =           1

                                                                                    sinθc

            2. ถ้ามุมตกกระทบใหญ่กว่ามุมวิกฤตจะไม่มีการหักเห แต่เกิดการสะท้อนกลับหมด ซึ่งจากหลักการดังกล่าวได้นำไปใช้ทำ “เส้นใยนำแสง” โดยให้สารที่มี n มากอยู่ด้านในเคลือบด้วยสารที่มี n น้อยอยู่ด้านนอก เป็นเส้นใยที่บางมากขนาด 0.01-0.1 mm. มามัดรวมกันนับร้อยเส้น

3. มุมวิกฤตของน้ำ                  =          49 °

                มุมวิกฤตของแก้ว                =          42 °

                มุมวิกฤตของเพชร              =          24 °

ความผิดปกติของตา

            หลัก

1.      คนปกติจะมองเห็นภาพได้ชัดเจนเมื่อแสงมารวมกันตกที่เรตินาพอดี

2.   คนปกติเห็นได้ใกล้ที่สุดประมาณ 25 เซนติเมตร จากตาเรียกว่า“จุดใกล้” และมองเห็นไกลสุดที่ ∞ เรียกว่า ”จุดไกล”

 สายตาสั้น

            T มองเห็นแค่ระยะใกล้ ๆ ระยะไกล ๆ จะเห็นไม่ชัด (นั่นคือ จุดใกล้เท่าเดิม แต่จุดไกลไม่ใช่ คือจะอยู่ใกล้ตาเข้ามา)

            T  สายตาสั้น เพราะแสงตกสั้นเกินไป คือ ตกก่อนถึงเรตินา

            T แก้ไขโดยใช้เลนส์เว้า ช่วยถ่างแสง ให้ตกที่เรตินาพอดี

สายตายาว

            T มองเห็นแค่ระยะยาว ๆ ระยะใกล้ ๆ จะมองไม่เห็น (นั่นคือ จุดไกลเท่าเดิม แต่จุดใกล้ไม่ใช่ 25 เซนติเมตร แต่จะไกลตาออกไปอีก)

            T สายตายาว เพราะแสงตายาวเกินไป คือ ตกเลยเรตินา

            T แก้ไขโดย ใช้เลนส์นูนช่วงรวมแสง ให้ตกที่เรตินาพอดี

แบบฝึกหัด

 1.แสงความยาวคลื่นในสุญญากาศ 525 นาโนเมตร เมื่อเคลื่อนที่ผ่านไปในแก้วที่มีดัชนีหักเห 1.50 ความยาวคลื่นแสงในแก้วจะเป็นกี่นาโนเมตร

2.มีเลนส์นูน 2 อัน โดยเลนส์แรกมีทางยาวโฟกัส 15 เซนติเมตร และเลนส์ที่สองมีทางยาวโฟกัส 12.5 เซนติเมตร เลนส์ที่สองนี้วางห่างจากเลนส์แรกไปทางขวาเป็นระยะ 40 เซนติเมตร ถ้าวางวัตถุ A ไว้ด้านหน้าเลนส์แรกห่างจสกเลนส์แรกไปทางซ้ายเป็นระยะ 30 เซนติเมตร ระยะห่างระหว่างภาพสุดท้ายที่เกิดเนื่องจากการหักเหผ่านเลนส์ทั้งสองกับวุตถุ A นี้เป็นกี่เซนติเมตร

3.คนมองปลาในสระน้ำในแนวทำมุม 30 องศา กันแนวราบ จงพิจารณาข้อความต่อไปนี้ว่าข้อใดถูก

            1. คนเห็นปลาตื้นกว่าที่เป็นจริง                      2. คนเห็นปลาลึกกว่าที่เป็นจริง

            3. คนเห็นปลาตามตำแหน่งที่เป็นจริง             4. คนเห็นปลากลับซ้าย-ขวา

4.แสงสีแดงผสมกับแสงสีเขียว ได้สี

            1. แดงม่วง      2. แดงขาว       3. น้ำเงิน          4. เหลือง

5.เมื่อให้แสงที่มีค่าความยาวคลื่น 440 นาโนเมตร ผ่านสลิตคู่ที่มีระยะห่างระหว่างช่องทั้งสอง 200 ไมโครเมตร จะเกิดการแทรกสอดบนฉากที่อยู่ห่างออกไป 1.20 เมตร จงหาระยะระหว่างแถบสว่างที่อยู่ติดกันในหน่วยมิลลิเมตร

6. แสงเคลื่อนที่จากใต้น้ำ (ดัชนีหักเห = n₁ ) ตกกระทบที่ผิวรอยต่อกับอากาศ (ดัชนีหักเห = 1) ด้วยมุมวิกฤติ ถ้าเผอิญมีน้ำมัน (ดัชนีหักเห = n₂ ) ลอยมาอยู่เหนือผิวน้ำพอดี มุมหักเหของแสงนี้ในน้ำมันเป็นเท่าใด

7. ในการทดลองเพื่อหาความยาวคลื่นของแสงโดยใช้เกรตติง เมื่อใช้แสงสีเดียวส่องผ่านเกรตติง จะสังเกตเห็นแถบสว่างลำดับที่ 1 อยู่ ณ ตำแหน่ง 10 และ 90 เซนติเมตรบนไม้เมตร แถบสว่างทั้งสองต่างก็อยู่ห่างจากเกรตติงเป็นระยะ 1เมตร ถ้าเกรตติงที่ใช้มีจำนวน 10⁴ ช่องต่อความยาว 1 เซนติเมตร จงหาความยาวคลื่นของแสง

8. ถ้าต้องการให้ตำแหน่งมืดแรกของการเลี้ยวเบนผ่านสลิตเดี่ยวเกิดตรงกับตำแหน่งมืดที่สามของริ้วจากการแทรกสอดของสลิตคู่ อยากทราบว่าจะต้องให้ระยะห่างระหว่างช่องสลิตคู่เป็นกี่เท่าของความกว้างของสลิตเดี่ยว

9. นำวัตถุมาวางด้านหน้าของกระจกเว้าที่มีรัศมีความโค้ง 35.0 เซนติเมตร โดยวางห่างจากกระจกเป็นระยะ ที่ทำให้เกิดภาพจริงขนาดใหญ่เป็น 2.5 เท่าของวัตถุ อยากทราบว่าวัตถุห่างจากกระจกเป็นระยะเท่าใด

10. ข้อความต่อไปนี้ข้อใดถูก

1.      ภาพเสมือนจะเกิดขึ้นเสมอ หากวัตถุอยู่ด้านหน้ากระจกนูน

2.      ภาพที่เกิดจากกระจกเงาราบ เป็นภาพจริงเสมอ

3.   ภาพที่เกิดจากกระจกเว้ามีได้กรณีเดียวคือ วัตถุจะต้องอยู่ห่างจากผิวกระจกน้อยกว่าความยาวโฟกัสของกระจก

4.      ภาพที่เกิดจากเลนส์เว้า เป็นได้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน

เฉลย

1.                         n_สλ_ส     =    n_nλ_n

                                       1(525)   =    1.50λ_n

                              . ^. .     =     350 นาโนเมตร

2.

            คิดเลนส์ f₁

                                    1             =        1  +  1

                                    ^f₁                          ^S₁       ^S’

                                1      =        1  +  1

                                  ^{15                          30     S’} 

                                    S’             =       30

                        . ^. .  ระยะวัตถุ S₂   =  40 – 30  =  10 เซนติเมตร

            คิดเลนส์ f₂

                                    1              =      1   +  1

                                    ^f₂                       ^S₂      ^S’₂

                                    1             =      1   +   1

                                 ^{12.5                     10         S’}₂                            

                                    S’₂             =     -50 ซม.

                        . ^. .  ภาพสุดท้ายอยู่ห่างจากวัตถุ A  =  (30 + 40) – 50 ซม.

                                                                                 =  20 ซม.

3.        

เฉลยข้อ 1

                        แสงจากปลาออกสู่อากาศ (เข้าตาคน) จะเบนออกจากเส้นแนวฉาก

                                    ทำให้ θ₂  > θ₁

                                                เมื่อแสงเข้าตา ตาจะมองเห็นเป็นแนวเส้นตรง ทำให้เห็นปลาตื้นขึ้นมาจากความเป็นจริง

4.

เฉลยข้อ 4

            จากรูปจะเห็นว่า ถ้าผสมแสงสีแดงกับสีเขียว จะได้สีเหลือง

5.                                                                                   

                        คิด A₁  จากแนวกลาง

                                    d  X       =      1 λ

                                        L

              200 X  10⁶  (  X   )     =  440 X 10^-9

                                  1.20

                                        X      =   2.64 X 10^-3  เมตร

                                                 =   2.64  มิลลิเมตร

6.

            เดิมจากน้ำสู่อากาศ (ทำมุมวิกฤต)

                        . ^. . n_น sin θc              =          n_{อากาศ} sin 90°

                              n₁ sin θc              =          1

                                    sin θc

credit http://ylsc.igetweb.com/index.php?mo=3&art=277305

http://www.icphysics.com/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=50