دانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه بگیر، و اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسد ۲ میلیون تومان دیگرجدول دانشگاه‌هادانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه همین حالا، و ۲ میلیون تومان دیگر اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسدجدول دانشگاه‌ها
1xAi
کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول · فیزیک

سوال ۵۷ فیزیک کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول با پاسخ تشریحی

سوال ۵۷ دفترچهٔ اختصاصی کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول، با کلید رسمی سازمان سنجش. پاسخ تشریحی، دلیل نادرستی گزینه‌های دیگر و راهنمایی‌ها را هوش مصنوعی 1xAi بر پایهٔ همین کلید و متن کتاب درسی نوشته است.

سوال ۵۷ · فیزیک

کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول · سوال ۵۷ · کلید رسمی سازمان سنجش

فیزیک · فیزیک ۳ (ریاضی) · فصل ۴: برهم‌کنش‌های موج

این سوال در دفترچه شکل دارد؛ این‌جا شکل به‌صورت متنی توصیف شده است.

پرتو نوری شامل نورهای آبی و قرمز مطابق شکل بر تیغهٔ شیشه‌ای متوازی‌السطوح می‌تابد. نوری که از طرف دیگر شیشه خارج می‌شود، چگونه است؟

شکل: مستطیلی که تیغهٔ شیشه‌ای متوازی‌السطوح را نشان می‌دهد؛ بالای آن «هوا»، داخل آن «شیشه» و زیر آن «هوا» نوشته شده است. یک پرتو نور (شامل آبی و قرمز) از بالا سمت چپ به‌صورت مایل به سطح بالایی تیغه می‌تابد.

  1. گزینهٔ ۱: پرتوها از هم جدا شده‌اند و در دو جهت متفاوت، منتشر می‌شوند.
  2. گزینهٔ ۲: پرتوها از هم جدا نشده‌اند و در امتداد پرتو تابش، منتشر می‌شوند.
  3. گزینهٔ ۳: پرتوها از هم جدا شده‌اند و نزدیک هم در یک جهت منتشر می‌شوند.
  4. گزینهٔ ۴: پرتوها از هم جدا نشده‌اند و در جهت متفاوت با پرتو تابش، منتشر می‌شوند.
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی

پاسخ درست: گزینهٔ ۳ (کلید رسمی سازمان سنجش)

پاسخ تشریحی

برای پاسخ، باید «جهت انتشار» را از «محل عبور پرتو» جدا کنیم.

۱. شکست در سطح ورودی: ضریب شکست شیشه برای نور آبی از نور قرمز بیشتر است؛ بنابراین نور آبی هنگام ورود از هوا به شیشه، بیشتر به خط عمود نزدیک می‌شود. این وابستگی ضریب شکست به رنگ و پاشندگی حاصل از آن در کتاب توضیح داده شده است (فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحهٔ ۱۰۰). اگر زاویهٔ تابش را ii و زاویه‌های شکست را rآبیr_{\text{آبی}} و rقرمزr_{\text{قرمز}} بنامیم، قانون شکست می‌دهد:
nهواsin⁡i=nآبیsin⁡rآبیn_{\text{هوا}}\sin i=n_{\text{آبی}}\sin r_{\text{آبی}}
nهواsin⁡i=nقرمزsin⁡rقرمزn_{\text{هوا}}\sin i=n_{\text{قرمز}}\sin r_{\text{قرمز}}
پس چون nآبی>nقرمزn_{\text{آبی}}>n_{\text{قرمز}}، داریم rآبی<rقرمزr_{\text{آبی}}<r_{\text{قرمز}}. در نتیجه، دو رنگ درون شیشه مسیرهای متفاوتی طی می‌کنند و در دو نقطهٔ نزدیک به هم به سطح دوم می‌رسند.

۲. شکست در سطح خروجی: چون دو سطح تیغه موازی‌اند، خط‌های عمود بر آنها نیز موازی‌اند. بنابراین برای هر رنگ، زاویهٔ تابش بر سطح دوم همان زاویهٔ شکست آن در سطح اول است. اگر زاویهٔ خروج یک رنگ را ee بنامیم، برای همان رنگ داریم:
nشیشهsin⁡r=nهواsin⁡en_{\text{شیشه}}\sin r=n_{\text{هوا}}\sin e
با مقایسه با رابطهٔ سطح اول، یعنی nهواsin⁡i=nشیشهsin⁡rn_{\text{هوا}}\sin i=n_{\text{شیشه}}\sin r، نتیجه می‌شود:
sin⁡e=sin⁡i⇒e=i\sin e=\sin i\quad\Rightarrow\quad e=i
پس هر یک از پرتوهای خروجی با پرتو تابش موازی است و دو رنگ نیز در یک جهت منتشر می‌شوند.

۳. نتیجه: موازی‌بودن پرتوها به معنای منطبق‌بودن آنها نیست. دو رنگ به علت زاویه‌های متفاوت درون شیشه، از نقطه‌های متفاوتی خارج می‌شوند؛ بنابراین از هم جدا هستند، اما نزدیک به هم و موازی منتشر می‌شوند. برخلاف منشور، در اینجا سطح دوم جدایی زاویه‌ای رنگ‌ها را افزایش نمی‌دهد؛ تفاوت رفتار منشور با توجه به توضیح پاشندگی در کتاب روشن می‌شود (فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحهٔ ۱۰۰).

پاسخ: گزینهٔ ۳

چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند

  • گزینهٔ ۱: ممکن است تیغه را با منشور اشتباه بگیرید و تصور کنید رنگ‌ها با جهت‌های متفاوت خارج می‌شوند. در تیغهٔ متوازی‌السطوح، شکست در سطح دوم باعث می‌شود هر دو پرتو خروجی با پرتو تابش موازی شوند.
  • گزینهٔ ۲: ممکن است یکسان‌شدن جهت پرتوهای خروجی را به معنای منطبق‌شدن مسیر آنها بدانید. دو رنگ در شیشه زاویه‌های شکست متفاوتی دارند و با جابه‌جایی‌های جانبی متفاوت خارج می‌شوند؛ بنابراین نه بر یکدیگر منطبق‌اند و نه در امتداد خط پرتو تابش قرار دارند.
  • گزینهٔ ۴: این گزینه ممکن است از توجه‌کردن فقط به تغییر جهت نور هنگام ورود به شیشه ناشی شود. شکست در سطح خروج، تغییر جهت اولیه را جبران می‌کند؛ ضمن آنکه تفاوت ضریب شکست دو رنگ، جدایی مکانی آنها را ایجاد می‌کند.

راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)

  1. پاشندگی نور در شیشه را به یاد بیاورید: آیا ضریب شکست شیشه برای نور آبی و قرمز یکسان است؟ به نمودار صفحهٔ ۱۰۰ فیزیک ۳ (ریاضی) توجه کنید.
  2. برای هر رنگ، قانون شکست را در هر دو سطح بنویسید. چون سطح‌ها موازی‌اند، زاویهٔ پرتو داخل شیشه با عمود بر سطح اول، با زاویهٔ تابش آن بر سطح دوم برابر است.
  3. با حذف ضریب شکست شیشه از دو رابطه، زاویهٔ خروج هر رنگ را با زاویهٔ تابش مقایسه کنید؛ سپس بررسی کنید آیا متفاوت‌بودن مسیرهای داخل شیشه اجازه می‌دهد دو پرتو خروجی روی یک خط قرار گیرند.

فیزیک ۳ (ریاضی) · فصل ۴: برهم‌کنش‌های موج

سوال‌های رسمی دیگر کنکور تجربی از همین فصل:

فصل «برهم‌کنش‌های موج» را در پنل یادگیری تمرین کن

در پنل یادگیری 1xAi سوال‌هایی مثل همین را جواب می‌دهی و جوابت ثبت می‌شود؛ پیش از دیدن پاسخ، سه راهنمایی پله‌پله داری و معلم هوشمند بی‌آن‌که جواب را لو بدهد کمکت می‌کند. تمرین و آزمون رایگان است؛ معلم هوشمند هم سهمیهٔ روزانهٔ رایگان دارد.

ساختن حساب رایگان است و بعد از ثبت‌نام مستقیم به همین بخش از پنل برمی‌گردی.

فیزیک · ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول