سوال ۴۳ · فیزیک
کنکور ریاضی ۱۴۰۵ · سوال ۴۳ · 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.
کدام مفهوم فیزیکی به شکل زیر مربوط نیست؟
شکل: شکل: درختی در سمت چپ بالای تصویر با برچسب «نور»؛ پرتوهای نور از درخت به‌صورت خطوط خمیده به سمت پایین و راست می‌روند و به شخصی که روی زمین (خط افقی) در سمت راست ایستاده می‌رسند؛ تصویر خط‌چین درخت (تصویر وارونه) زیر سطح زمین دیده می‌شود.
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۲ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
۱. تشخیص پدیده: مسیر خمیدهٔ نور و تصویر ظاهریِ وارونهٔ درخت در زیر سطح زمین، نشان‌دهندهٔ سراب است. چشم، نور دریافتی را در امتداد مستقیمِ رو به عقب دنبال می‌کند؛ بنابراین ناظر تصور می‌کند نور از تصویر زیر زمین آمده است، نه از خود درخت در بالای زمین (فیزیک ۳ ریاضی، صفحهٔ ۹۹).
۲. علت خم‌شدن نور: در روز گرم، هوای نزدیک سطح زمین گرم‌تر از لایه‌های بالاتر است. افزایش دمای هوا، چگالی و در نتیجه ضریب شکست آن را کاهش می‌دهد؛ پس اختلاف دما در لایه‌های مختلف هوا مستقیماً در ایجاد این پدیده نقش دارد (فیزیک ۳ ریاضی، صفحهٔ ۹۹).
۳. ارتباط با شکست نور: طبق رابطهٔ ، تغییر ضریب شکست با تغییر تندی نور همراه است (فیزیک ۳ ریاضی، صفحه‌های ۹۷–۹۸). پرتو هنگام حرکت رو به پایین، به لایه‌هایی با ضریب شکست کمتر می‌رسد و به‌تدریج خم می‌شود؛ نزدیک زمین مسیرش رو به بالا برمی‌گردد و بخشی از آن به چشم ناظر می‌رسد. بنابراین خمیدگی شکل حاصل شکست نور در هوای ناهمگن است (فیزیک ۳ ریاضی، صفحه‌های ۹۹–۱۰۰).
۴. تشخیص مفهوم نامرتبط: اثر دوپلر به تغییر بسامد دریافتی بر اثر حرکت نسبی چشمه و ناظر مربوط است؛ اما شکل، تغییر مسیر نور بر اثر تفاوت ضریب شکست لایه‌های هوا را نشان می‌دهد و ارتباطی با این تغییر بسامد ندارد. پس سراب، شکست نور و اختلاف دمای لایه‌های هوا همگی مرتبط‌اند و اثر دوپلر نامرتبط است.
پاسخ: گزینهٔ ۲
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۱: ممکن است دانش‌آموز تصویر زیر زمین را با بازتاب از یک سطح واقعی اشتباه بگیرد و سراب را نامرتبط بداند؛ اما همین تصویر ظاهری ناشی از خم‌شدن نور در لایه‌های هوا، نشانهٔ سراب است.
- گزینهٔ ۳: ممکن است دانش‌آموز تصور کند شکست فقط در مرز مشخص دو محیط رخ می‌دهد، نه در یک مسیر خمیده؛ درحالی‌که تغییر تدریجی ضریب شکست هوا نیز باعث شکست پی‌درپی و خم‌شدن مسیر نور می‌شود.
- گزینهٔ ۴: ممکن است دانش‌آموز چون دما مستقیماً در شکل نمایش داده نشده، آن را نامرتبط بداند؛ اما اختلاف دمای لایه‌های هوا عامل اختلاف ضریب شکست و شکل‌گیری این مسیر خمیده است.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- توضیح سراب در بخش شکست موج، صفحهٔ ۹۹ فیزیک ۳ را به یاد بیاورید: چرا در نزدیکی زمین گرم، مسیر نور خمیده می‌شود؟
- در هوای نزدیک زمین، افزایش دما باعث کاهش چگالی و ضریب شکست می‌شود. بررسی کنید کدام مفاهیم گزینه‌ها در زنجیرهٔ «اختلاف دما، تغییر ضریب شکست و خم‌شدن نور» نقش دارند.
- امتداد رو به عقب نورِ رسیده به چشم، تصویر ظاهری درخت را زیر زمین نشان می‌دهد. مفهوم نامرتبط را با توجه به این نکته پیدا کنید که شکل دربارهٔ تغییر مسیر نور است، نه تغییر بسامد دریافتی بر اثر حرکت نسبی چشمه و ناظر.