יסודות הפיסיקה ב : מגנטיות, גלים, אופטיקה ופיסיקה מודרנית - יחידות 3-4: אור ואופטיקה, אטומים ומולקולות

Author: יורם קירש

Year of Publication: תשנ"ט 1998

Keywords: פיסיקה; פיזיקה

הספר הוא חלק מהדרה יסודות הפיסיקה ב. הספר עוסק נושאים הבאים: אור ואופטיקה, אטומים ומולקולות To the book

Subject(s): , יסודות הפיזיקה, פיסיקה

Book Content:

• יסודות הפיסיקה ב מגנטיות, גלים, אופטיקה ופיסיקה מודרנית יחידות 4-3

• תוכן הכרך

• יחידה 3 אור ואופטיקה

• תוכן היחידה

• פרק 1: גלי אור

• 1.1 האור הוא גל

• איור ?:1.1? ניסוי יאנג

• איור ?:1.2? בשחזור מודרני של ניסוי יאנג, משתמשים במקור אור קווי (חוט להט של נורה, למשל) ובסדקים צרים, במקום בחורים.

• איור ?:1.3? עוצמת האור על המסך בניסוי יאנג.

• איור HA ספקטרום האור הנראה (הגבולות בין הצבעים נבחרו, באופן שרירותי, בערכים עגולים של אורכי גל?.(?

• 1.2 האור הוא גל אלקטרומגנטי

• 1.3 השדה החשמלי והמגנטי בגל אלקטרומגנטי

• איור ?:1.5? מטען q מתנודד בתנועה הרמונית במשרעת A הוא יוצר גל אלקטרומגנטי, שאינו אלא תנודות בשדה החשמלי ?(E)? ובשדה המגנטי ?(B)? שיוצר המטען.

• איור ?:1.6? השדות ?1 E?־B של הגל האלקטרומגנטי נ־^ בזמנים שונים. כיוון התקדמות של הגל הוא מן הדף החוצה.

• איור ?:1.7? השדות ?1 E?־B לאורך הווקטור ?,r? ברגע מסוים.

• איור ?:1.8? (א) קטע קטן של חזית גל כדורית מתנהג כחזית של גל מישורי. (ב) תיאור גרפי של גל א"מ מישורי. האיור מציג את E ו־13 בנקודות אחדות על חזית הגל ברגע מסוים. כיוון התקדמות הגל הוא מהדף החוצה.

• 1.4 אנרגיה ותנע של גל אלקטרומגנטי

• 1.5 הספקטרום האלקטרומגנטי

• איור ?:1.9? התחומים השונים של הספקטרום האלקטרומגנטי. הסקלה היא לוגריתמית — תזוזה של שנתה אחת על הדיאגרמה מתאימה לשינויים של פי 10 בתדירות ובאורך הגל.

• אפנון משרעת ?(AM)?

• פרק 2: אופטיקה גיאומטרית

• 2.1 קרני אור

• 2.2 חוקי ההחזרה והשבירה

• איור ?:2.1? כאשר קרן אור פוגעת במשטח גבול ישר בין שני תווכים,היא מתפצלת לשתי קרניים, המכונות קרן מוחזרת וקרן נשברת. (הקו המרוסק מסמן את האנך למשטח הגבול?(.?

• טבלה ?:2.1? מקדמי שבירה

• א?1>?ר ?:2.2? קרני האור מהכוכב מגיעות לטלסקופ לאחר שנשברו באטמוספירה. לכן האסטרונום רואה דמות מדומה, הנמצאת בזווית גבוהה יותר מזו שנמצא בה הכוכב האמיתי.

• איור ?:2.3? כך נוצרת פאטה מורגנה.

• 2.3 זווית קריטית והחזרה פנימית שלמה

• איור ?:2.4? ממקור אור S הנמצא בתוך מכל מים, יוצאות קרני אור לכל הכיוונים. חלק מהן מצוירות באיור. הקרניים ?1 c ? b ,a?־d פוגעות בפני המים באופן שחלק מהאור מוחזר וחלק נשבר ונע באוויר. קרן e פוגעת בפני המים בזווית הקריטית, והקרן הנשברת צמודה למשטח הגבול. בקרניים f ו־?,§? זווית הפגיעה גדולה יותר מהזווית הקריטית, ומתרחשת החזרה פנימית שלמה.

• איור ?:2.5? (א) מנסרה (פריזמה) היא גוש זכוכית בעל בסיס משולש ופאות ישרות. (ב) הקרן הנכנסת למנסרה מוחזרת ב־?90°? באמצעות החזרה שלמה. ג. הקרן מוחזרת ב־?180°? באמעות החזרה שלמה כפולה.

• איור ?:2.6? הפריסקופ, המאפשר לאנשי הצוות בצוללת לראות את המתרחש מעל־פני המיס, מורכב מצינור ארוך שמנסרות מורכבות בשני קצותיו. קרני האור מוחזרות פעמיים, החזרה פנימית שלמה.

• איור ?:2.7? החזרה שלמה בסיב אופטי. (א) סיב זכוכית מוקף אוויר. (ב) סיב המורכב מליבה וממעטת. מקדם השבירה של המעטה נמוך משל הליבה. (ג) מקדם השבירה של המעטה משתנה באופן הדרגתי, באופן שקרן האור מתעקמת ומוחזרת אל הליבה. (לרוב השימושים הטכנולוגיים משתמשים בסיבים מסוג ב או ג?.(?

• 2.4 נפיצה

• איור ?:2.8? מקדם השבירה של זכוכית פלינט המכילה צורן.

• איור ?:2.9? שבירה של אלומת אור מונוכרומטית (חד־צבעית) במנסרת זכוכית.

• איור ?:2.10? נפיצה של אלומת אור לבן העוברת במנסרה.

• 2.5 מראות

• איור ?:2.11? כל הקרניים היוצאות מהמקור הנקודתי ?.9? ופוגעות במראה המישורית fiB מוחזרות באופן שהמשכי הקרניים נפגשות בנקודה ?.P? הנקודה P נמצאת על המשך האנך היורד ?s-a? אל המראה. מרחקה מהמראה שווה למרחק של S מהמראה.

• א?1»?ו ?:2.12? הקרניים היוצאות מקצה הבקבוק ומוחזרות מהמראה מגיעות אל העין, כאילו יצאו מהדמות המשתקפת כמראה.

• איור ?:2.13? בנייה גיאומטרית של הדמות ?,QP? כאשר נתון העצם ?.TS? גודל הדמות זהה לגודל העצם. מרחק הדמות מהמראה שווה למרחק העצם מהמראה.

• איור ?:2.14? מראה כדורית קמורה. הקרניים היוצאות מהנקודה ?,S? מוחזרות כאילו יצאו מהנקודה P

• איור ?2.15?

• א?1»?ר ?:2.17? הדמות הנוצרת במראה קמורה.

• איור ?:2.18? מהלך הקרניים,מהמקור S לדמות p במראה קעורה.

• איור ?:2.19? מראה קעורה מרכזת אלומה של קרניים מקבילות, באופן שכל הקרניים מגיעות אל המוקד, f נחשב חיובי.

• איור ?:2.20? העצם TS נמצא במרחק s מהמראה הקעורה, כאשר ?.s>R? הדמות PQ היא ממשית, מוקטנת והפוכה.

• איור ?:2.21? (א) כאשר העצם נמצא במוקד של המראה הקעורה, הקרניים יוחזרו כקרניים מקבילות ולא ייפגשו. לכן לא תיווצר דמות. (ב) כאשר העצם נמצא בין F למראה, הדמות היא מדומה, ישרה ומוגדלת. השתמשנו לצורך הבנייה של העצם בקרן שנעה לאורך הרדיוס, ובקרן שהמשכה עובר במוקד (והיא מוחזרת במקביל לציר?.(? נסה כתרגיל לסרטט שתי קרניים נוספות. קרן המקבילה לציר, וקרן הפוגעת בקדקוד המראה.

• 2.6 עדשות

• 2.6.1 סוגי עדשות

• אייל ?:2.22? א. עדשות מכנסות: ?(1)? דו־קמורה ?(2)? קמורה־מישורית ?(3)? קמורה־קעורה. ב. עדשות מבדרות: ?(4)? דו־קעורה ?(5)? קעורה־מישורית, ?(6)? קעורה־קמורה. ג. סימון גרפי לעדשה מכנסת ומבדרת.

• 2.6.2 מוקד של עדשה

• א>ור ?:2.23? (א) קרן המקבילה לציר של עדשה מכנסת, נשברת במעבר דרך העדשה, באופן שהקרן (היוצאת מהעדשה) עוברת דרך המוקד, ?.F? (ב) קרן המקבילה לציר של עדשה מבדרת, נשברת באופן שהקרן היוצאת נראית כאילו יצאה מהמוקד,זדו f הוא רוחק המוקד.

• 2.6.3 שתי המשוואות הבסיסיות של עדשות דקות

• איור ?2.24?

• 2.6.4 עדשה מכנסת

• איור ?:2.25? עצם ודמותו הנוצרת בעדשה מכנסת, כאשר מרחק העצם מהעדשה גדול מרוחק המוקד.

• א»ור ?2.26?

• א?1»?ף ?:2.27? מרחק העצם מהעדשה המכנסת קטן יותר מאשר רוחק המוקד ?.{s </)? בסרטוט מופיעות שלוש הקרניים המיוחסות (למרות שדי בשתיים?1 :(? מקבילה לציר, 2 נראית כיוצאת ט־?,^? ו־ 3 עוברת במרכז העדשה. שלוש הקרניים הללו מתבדרות לאחר המעבר בעדשה, אולם המשנ>הן נפגשים ב־?./"? לכן התמונה היא מדומה. מהאיור ברור כי היא גם ישרה ומוגדלת.

• 2.6.5 עדשה מבדרת

• איור ?:2.28? עצם (ממשי) ודמותו בעדשה מבדרת. הדמות היא מדומה,מוקטנת וישרה.

• 2.6.6 צירוף של עדשות

• 2.7 סטיות (אברציות) של עדשות ושל מראות כדוריות

• איור ?:2,29? סטייה כדורית בעדשה מכנסת

• איור ?:2.30? (א) סטייה כדורית במראה כדורית קעורה. (ב) במראה פרבולית כל הקרניים המקבילות מתכנסות לאותו מוקד.

• פרק 3: מכשירים אופטיים

• 3.1 המצלמה והעין

• א?1>?ו* ?:3.1? תיאור סכימתי של מצלמה

• איור ?:3.2? מבנה העין

• איול ?:3.3? (א) עין נורמלית, במצב רפוי, ממוקדת לעצמים באינסוף. אלומה מקבילה מתכנסת לנקודה על הרשתית. (ב) רוחק ראייה, המוקד אחרי הרשתית. (ג) קוצר ראייה, המוקד לפני הרשתית,

• 3.2 זכוכית מגדלת ומיקרוסקופ

• אי1ר ?:3.5? העצם והדמות בזכוכית מגדלת

• איור ?:3.6? מבנה סכימתי של מיקרוסקופ. העצמית יוצרת דמות ממשית ומוגדלת של העצם, והעינית יוצרת מדמות זו דמות שנייה, מדומה ומוגדלת עוד יותר. ?F 1? הוא מוקד העצמית ?F 2 - \? הוא מוקד העינית.

• 3.3 טלסקופים ומשקפות

• א?1»?ר ?:3.7? תיאור סכימתי של טלסקופ

• איור ?:3.8? משקפת שדה

• פרק 4: אופטיקה פיסיקלית

• 4.1 התאבכות בשני סדקים

• 4.2 התאבכות בסריג

• א?1»?ר ?:4.1? סריג עקיפה ובו 4 סדקים

• איור ?:4.2? העוצמה של האור בתבנית ההתאבנות עבור ?3 ,2? ו־4 סדקים (ואותו »

• 4.3 ספקטרומטר סריג

• א»ור ?:4.3? אלומה של אור לבן עוברת בסריג שבו ?6 m? ־?d = l.82x10?

• איור ?:4.4? תיאור סכימתי של ספקטרוסקופ. ?— S? מקור אור. ?— C? קולימטור. ?— G? סריג. ?— T? טלסקופ. ?— A? שולחן עגול.

• 4.4 כושר הפרדה

• 4.5 התאבכות בשכבות דקות

• א?1»?ר ?:4.5? אלומה של קרניים מקבילות פוגעת בשכבה דקה של חומר שקוף בעל מקדם שבירה ?.n? בנקודה C מתרחשת התאבכות בין ההחזרה של קרן 1 מהמשטח העליון לבין ההחזרה של קרן 2 מהמשטח התחתון.

• איור ?:4.6? טבעות ניוטון. (א) המערכת הניסיונית. (ב) כך נראות הטבעות.

• 4.6 עקיפה

• 4.7 קיטוב

• איור ?:4.7? מיתר מתוח עובר דרך סדק צר.תנודות בכיוון % עוברות דרך הסדק,ותנודות בכיוון y נחסמות.

• איור ?:4.8? מעוררים במיתר גל רוחב בעל משרעת ?,A? באופן שהתנודד! היא במישור שיוצר זווית 0 עם ציר י ? אפשר לפרק את וקטור ההעתק של הגל לרכיב בכיוון % ולרכיב בכיוון;י

• איור ?'A.9? גל־מיקרו מקוטב פוגע בסריג של חוטי מתכת. (א) כאשר הווקטור E מקביל לחוטים, אנרגיית הגל נבלעת בחוטים, ולכן הגל אינו עובר את הסריג. (ב) כאשר הווקטור E ניצב לחוטים, הגל עובר את הסריג בלי לאבד כמעט מעוצמתו. (השדה המגנטי לא צויר כאן. הוא ניצב לשדה החשמלי,ולכן התנודות שלו הן "החוצה ופנימה" מהדף?(.?

• איור ?:4.10? אור לא מקוטב עובר דרך שני מקטבים, שהאחד קבוע ואת השני מסובבים. עוצמת האור המגיע לעין תלויה בזווית הסיבוב.

• איור ?:4.11? קרן לא מקוטבת פוגעת במשטח גבול בין שני חומרים, באופן שהזווית בין הקרן המוחזרת לקרן הנשברת היא ?.90°? הקרן המוחזרת מקוטבת באופן מלא, ואילו הקרן הנשברת מקוטבת חלקית. (החצים והנקודות מציינים את כיווני התנודה של השדה החשמלי?e (.? היא זווית ברוסטר.

• א?1>?ר ?:4.12? אור לא מקוטב עובר בתמיסה המכילה חלקיקים מוצקים זעירים. כשמתבוננים מבעד למקטב באור המפוזר היוצא מדפנות המבחנה, מתברר כי עוצמתו תלויה בזווית המקטב. מכאן שהאור המפוזר מקוטב חלקית.

• שאלות סיכום ליחידה 3

• ללא כותרת

• ללא כותרת

• תשובות לשאלות בגוף יחידת 3

• ללא כותרת

• תשובות לשאלות סיכום ליחידה 3

• ללא כותרת

• ללא כותרת

• ללא כותרת

• נספח 1: פיתוח המשוואות של עדשות דקות

• איור 1

• איור ?:2?

• א»ור ?:3? הדמות המדומה, הנוצרת על־ידי המשטח השמאלי של העדשה, משמשת עצם למשטח הימני.

• יחידה 4 אטומים ומולקולות

• תוכן היחידה

• פרק 1: מבנה החומר

• 1.1 התיאוריה האטומית

• 1.2 יסוד ותרכובת

• 1.3 סמל כימי ונוסחה כימית

• 1.4 תגובה כימית

• 1.5 התפתחות התורה האטומית

• 1.6 ממדיהם של אטומים ומולקולות

• 1.7 מסות אטומיות, איזוטופים

• 1.8 מבנה האטום

• טבלה ?:1.1? המסה והמטען של שלושת החלקיקים המרנינים את האטום

• טבלה ?:1.2? המסה האטומית והשכיחות היחסית בטבע של האיזוטופים של כמה י סתות

• 1.9 הטבלה המחזורית

• 1.10 מספר אבוגדרו ומול

• פרק 2: התיאוריה הקינטית של הגזים

• 2.1 הנחות יסוד

• 2.2 משוואת המצב של גז אידיאלי

• איור ?2.1?

• איור ?2.3? תלות נפח הגז בטמפרטורה, כאשר הלחץ קבוע.

• א?1*?ר ?2.2? תלות לחץ הגז בטמפרטורה, כאשר הנפח קבוע. ?t)? מסמן טמפרטורה במעלות צלזיוס?.(?

• 2.3 פיתוח משוואת המצב בעזרת המכניקה הניוטונית

• איור ?2.4? התנגשות אלסטית של מולקולה בדופן. רכיבי המהירות לפני ההתנגשות הם ?. " x ;? • ?' 11 _? ואחריה: y

• איור ?2.5?

• פרק 3: חומר וחשמל - חוקי האלקטרוליזה

• איור ?:3.1? תיאור סכימתי של אלקטרוליזה של מלח בישול ?(NaCl)? מותך.

• פרק 4: גילוי אבני הבניין של האטום

• 4.1 גיליי האלקטרון

• איור ?:4.1? האלקטרונים נפלטים מהקתודה ?(C)? ועוברים דרך חור באנודה ?.{A)? בפוגעם בזכוכית הם יוצרים נקודת אור.

• איור ?'A.I? ספקטרוגרף המסות.

• 4.2 ניסוי מיליקן למדידת מטען האלקטרון

• איור ?A.I?• ניסוי מיליקן.

• 4.3 גילוי הרדיואקטיביות

• איור AA חומר הפולט קרינה רדיואקטיבית נמצא בקופסת עופרת עבת־דפנות, שבה יש פתח צר. העופרת בולעת קרינה רדיואקטיבית ביעילות, ולכן הקרינה נפלטת באלומה צרה דרך הפתח. על הקרינה מופעל שדה מגנטי (שכיוונו אל תוך הדף?.(? מתברר כי מהמקור נפלטים חלקיקים חיוביים (קרינת ?, (a? חלקיקים שליליים (קרינת ?(/3? וקרינה ניטרלית, שאינה מושפעת מהשדה (קרינת ?.(/? אפשר לגלות את מסלול הקרינה בעזרת לוחות צילום או גלאים אחרים, שיתוארו בהמשך. (המקור שבאיור פולט את שלוש הקרינות גם יחד. יש מקורות שפולטים רק סוג אחד של קרינה או

• 4.4 ניסוי רתרפורד

• איור ?:4.5? א.המכשיר בניסוי רתרפורד.ב.מערך הניסוי במבט מלמעלה.

• אי(ר ?:4.6? מסלולים של חלקיקי a בניסוי רתרפורד. רק אם החלקיק מתקרב אל הגרעין, הוא מוסח בזווית גדולה.

• איור ?:4.7? גרף המתאר את תוצאות ניסוי רתרפורד. הנקודות מציינות תוצאות של מדידות, הקו הרציף מתאר את הנוסחה התיאורטית שפיתח רתרפורד, והקו המרוסק — את התוצאות החזויות של הניסוי לפי מודל האטום של תומסון. מן הגרף אנו למדים, כי רוב חלקיקי האלפא הוסטו בזוויות קטנות. לדוגמא, כמיליון חלקיקים הוסטו בזווית של פחות מ־?,10°? בעוד חלקיקים בודדים הוסטו בזווית גדולה מ־?.90°? מודל רתרפורד מתאר היטב את הפיזור בזוויות קטנות וגדולות, בעוד מודל תומסון אינו מתאים לפיזור בזוויות גדולות.

• 4.5 מודל האטום של רתרפורד

• 4.6 גילוי הפרוטון והניטרון

• שאלות סיכום ליחידה 4

• תשובות לשאלות בגוף יחידה 4

• תשובות לשאלות סיכום ביחידה 4

• ללא כותרת

• נספח 1: תכונות של היסודות הכימיים

• ללא כותרת

• ללא כותרת

• ללא כותרת

• ללא כותרת

Pages:

1  2  3  5  6  7  9  10  11  12  13