Seminario de Física. 2º bachillerato LOGSE. Unidad 6. Óptica

Transcripción

1 A) Óptica Física 1.- Un haz de luz roja penetra en una lámina de vidrio de 30 cm de espesor con un ángulo de incidencia de 45 º. a) Explica si cambia el color de la luz al penetrar en el vidrio y determina el ángulo de refracción. b) Determina el ángulo de emergencia (ángulo que toma el rayo que sale de la lámina con la normal). Qué tiempo tarda la luz en atravesar la lámina de vidrio? Datos: c= m s -1 ; n vidrio =1,3 2.- Tenemos un recipiente con agua cuya superficie está cubierta con una capa de aceite. Si un haz de luz pasa del aire al aceite con un ángulo de incidencia de 40º, halla el ángulo de refracción en el agua. Datos: n aire =1; n aceite =1,45; n agua = 1, Un foco luminoso se encuentra dentro de una piscina llena de agua cuyo índice de refracción es 1,30. Calcula la velocidad de la luz en el agua y el ángulo límite para la salida de la luz del agua al aire. Dato: c = m/s 4.- La reflexión total solamente se produce cuando la luz pasa de un medio de mayor a otro de menor índice de refracción. Explica por qué. 5.- Un foco luminoso puntual que se encuentra situado en el fondo de un estanque lleno de agua de un metro de profundidad, emite luz en todas las direcciones. En la superficie del agua se observa una zona circular iluminada de radio R. Calcula el radio R del círculo luminoso. Datos: n agua = 1, Explica razonadamente, basándote en el trazado de rayos, porqué la profundidad aparente de una piscina llena de agua es menor que la profundidad real. 7.- Una superficie de vidrio (n vidrio = 1,50) tiene sobre ella una capa de agua (n agua = 1,33). Un rayo de luz monocromático que se propaga por el vidrio incide sobre la superficie vidrio agua. a) Halla el ángulo de incidencia para que se produzca la reflexión total. Ayúdate de un dibujo. b) Cuál será la velocidad de la luz en cada medio? 8.- a) Un rayo luminoso que se propaga en el aire incide sobre el agua de un estanque con un ángulo de 30 º Qué ángulo forman entre si los rayos reflejado y refractado? b) Si el rayo luminoso se propaga desde el agua hacia el aire, a partir de qué valor del ángulo de incidencia se presentará el fenómeno de reflexión total? Datos: n agua = 1,33

2 9.- Un rayo de luz monocromática que se propaga en un medio de índice de refracción 1,58, penetra en otro medio, de índice de refracción 1,23, formando un ángulo de incidencia de 15º respecto a la normal a la superficie de discontinuidad entre ambos medios. a) Determina el valor del ángulo de refracción correspondiente al ángulo de incidencia anterior. Haz un dibujo esquemático. b) Define ángulo límite y calcula su valor para este par de medios El índice de refracción del agua es 1,33. a) Calcula la velocidad de la luz en el agua. b) Calcula el ángulo de refracción de un haz de luz que incide desde el agua sobre una superficie agua aire. c) Cuál es el valor del ángulo límite? 11.- Un rayo de luz pasa de agua a 20ºC (n= 1,333) a un diamante (n=2,417) con un ángulo de incidencia de 60º. Calcula el ángulo de refracción Un rayo de luz incide sobre una lámina de caras paralelas de vidrio de n=1,5 formando un ángulo de 30º con la normal. a) Cuál es el ángulo de refracción? b) Cuál es el ángulo de salida al otro lado de la lámina? 13.- Una lámina de vidrio de caras plano-paralelas, situada en el aire tiene un espesor de 8 cm y un índice de refracción n = 1,6. Para un rayo de luz monocromática que incide en la cara superior de la lámina con un ángulo de 45º: a) hallar los valores del ángulo en el interior de la lámina y del ángulo emergente. b) Averigua el desplazamiento lateral experimentado por el citado rayo al atravesar la lámina. c) Dibuja la marcha geométrica del rayo. B) Óptica Geométrica Espejos 1.- Un espejo esférico cóncavo tiene un radio de curvatura R. Dibuja los correspondientes diagramas de rayos para localizar la imagen de un objeto situado a una distancia del espejo de: a) 2 R b) R c) R/2 d) R/3 Indica en cada caso si la imagen es real o virtual, derecha o invertida, reducida o del mismo tamaño que el objeto.

3 2.- Un espejo esférico forma una imagen virtual derecha y de tamaño doble que el objeto cuando éste está situado verticalmente sobre el eje óptico y a 10 cm del espejo. Calcula: a) La posición de la imagen b) El radio de curvatura del espejo. Dibuja la marcha de los rayos. 3.- Queremos ver una imagen de nuestra cara para afeitarnos o maquillarnos. La imagen debe ser derecha, virtual y ampliada 1,5 veces si colocamos la cara a 25 cm del espejo. a) Qué tipo de espejo utilizaremos? b) Cuál debe ser la distancia focal? c) Si queremos que la imagen se aumente dos veces, con el mismo espejo, dónde debemos poner la cara? 4.- Un objeto situado a 10 cm de un espejo esférico cóncavo produce una imagen real a 8 cm del espejo. Si el objeto se mueve a una nueva posición a 20 cm del espejo, a) Cuál es la nueva posición de la imagen? b) La última imagen es real o virtual? 5.- Un objeto luminoso se encuentra delante de un espejo esférico cóncavo. Efectúa la construcción geométrica de la imagen e indica su naturaleza si el objeto está situado a una distancia igual, en valor absoluto a,: a) La mitad de la distancia focal del espejo. b) El triple de la distancia focal del espejo. 6.- El espejo cóncavo de la figura tiene 20 cm de radio de curvatura. El objeto O es de 1 cm de altura y está situado a 30 cm del vértice V del espejo. a) Calcula la posición y tamaño de la imagen. b) Comprueba aproximadamente, tus resultados mediante un adecuado trazado de rayos. 7.- Un espejo cóncavo esférico ha de formar una imagen invertida de un objeto en forma de flecha sobre una pantalla situada a una distancia de 420 cm delante del espejo. El objeto mide 5mm y la imagen ha de tener una altura de 30 cm. a) Determina a qué distancia del espejo debe colocarse el objeto. b) Halla el radio de curvatura del espejo.

4 c) Efectúa la construcción geométrica de la citada imagen. 8.- a) Un objeto situado a 8 cm de un espejo esférico cóncavo produce una imagen virtual 10 cm detrás del espejo. a) Si el objeto se aleja hasta 25 cm del espejo, dónde estará la imagen? b) Qué puedes decir de ella? 9.- Un objeto O está situado a 30 cm del vértice de un espejo cóncavo. Se observa que la imagen producida por el espejo es real, invertida y de tamaño doble que el objeto. a) Calcula la posición de la imagen y el radio de curvatura del espejo. Sol: s =-60 cm ; R= - 40 cm b) Comprueba gráficamente tus resultados mediante un trazado de rayos. Lentes 10.- Un objeto luminoso, de 3 cm de altura, está situado a 20 cm de una lente divergente de potencia 10 dioptrías. Determina: a) La distancia focal de la lente. b) La posición de la imagen. c) La naturaleza y el tamaño de la imagen. d) La construcción geométrica de la imagen Un objeto luminoso está situado a 6 m de una pantalla. Una lente, cuya distancia focal es desconocida, forma sobre la pantalla una imagen real, invertida y cuatro veces mayor que el objeto. a) Cuáles son la naturaleza y la posición de la lente?, Cuál es el valor de su distancia focal? Sol: convergente (imagen invertida y mayor); s = -1,2 m; s = 4,8 m; f = 0,96 m b) Se desplaza la lente de manera que se obtenga sobre la misma una imagen nítida, pero de tamaño diferente a la obtenida anteriormente. Cuál es la nueva posición de la lente y el nuevo valor del aumento? Sol: s = - 4,8 m ; s = 1,2 m ; aumento = s / s = - 0, Un sistema óptico centrado está formado por dos lentes delgadas convergentes de igual distancia focal (f =10 cm) separadas 40 cm. Un objeto lineal de altura 1 cm se coloca delante de la primera lente a una distancia de 15 cm. Determina: a) La posición, el tamaño y la naturaleza formada por la primera lente. Sol: s = 30 cm; y = - 2 cm; imagen real, invertida y de tamaño doble

5 b) La posición de la imagen final del sistema, efectuando su construcción geométrica. Sol: no hay imagen final o imagen en el infinito En una lente convergente, dibuja la marcha de los rayos y la imagen formada de un objeto cuando: a) Se sitúa entre el foco y el centro óptico. b) Se sitúa en el foco Un coleccionista de sellos desea utilizar una lente convergente de distancia focal 5 cm como lupa para observar detenidamente algunos ejemplares de su colección. Calcula la distancia a la que debe colocar los sellos respecto a la lente si desea obtener una imagen virtual 10 veces mayor que la original. Sol: s = - 4,5 cm; s = - 45 cm 15.- Un objeto de 3 cm de altura se sitúa a 75 cm y verticalmente sobre el eje de una lente delgada convergente de 25 cm de distancia focal. Calcula: a) la posición de la imagen. Sol: s = 37,5 cm b) el tamaño de la imagen. Sol: y = - 1,5 cm c) Haz un dibujo del problema Un objeto de 1 cm de altura se sitúa a 15 cm delante de una lente convergente de 10 cm de distancia focal: a) Determina la posición, el tamaño y la naturaleza de la imagen formada, efectuando su construcción geométrica. Sol: s = 30 cm; y = - 2 cm b) A qué distancia de la lente anterior habría que colocar una segunda lente convergente de 20 cm de distancia focal para que la imagen final se formara en el infinito? Sol: d= 50 cm 17.- Se desea proyectar sobre una pantalla la imagen de una diapositiva, empleando una lente delgada convergente de distancia focal f = 10 cm, de forma que el tamaño de la imagen sea 50 veces mayor que el de la diapositiva. Calcula: a) las distancias diapositiva lente y lente pantalla. Sol: s = - 10,2 cm; s = 510 cm b) Dibuja un trazado de rayos que explique gráficamente este proceso de formación de imagen. Ayuda: Las diapositivas se colocan, en el proyector, invertidas.

6 18.- Un objeto luminoso de 2 mm de altura está situado a 4 m de distancia de una pantalla. Entre el objeto y la pantalla se coloca una lente esférica delgada L, de distancia focal desconocida, que produce sobre la pantalla una imagen tres veces mayor que el objeto. a) Determina la naturaleza de la lente L, así como su posición respecto al objeto y la pantalla. Sol: lente convergente; s = 1 m; s = 3 m b) Calcula la distancia focal, la potencia de la lente L, y efectúa la construcción geométrica de la imagen. Sol: f = ¾ m; P =4/3 m Situamos un objeto de 2 cm de altura a 15 cm de una lente de 5 dioptrías: a) Dibuja un esquema con la posición del objeto, la lente y la imagen. b) Calcula la posición de la imagen. Sol: f = 20 cm; s = - 60 cm c) Cuál es el aumento? Sol: y / y = 4 = aumento lateral 20.- Un objeto de 2 cm de altura está situado a 25 cm de una lente convergente de + 20 cm de distancia focal: a) Dibuja el diagrama de rayos correspondiente. La imagen formada, es real o virtual? Sol: real, invertida y de mayor tamaño. b) Calcula la posición de la imagen. Sol: s = 100 cm c) Calcula el tamaño de la imagen. Sol: y = - 8 cm 21.- Un objeto luminoso se encuentra a 4 m de una pantalla. Mediante una lente situada entre el objeto y la pantalla se pretende obtener una imagen del objeto sobre la pantalla que sea real, invertida y tres veces mayor que él: a) Determina el tipo de lente que se tiene que utilizar, así como su distancia focal y la posición en la que debe situarse. Sol: convergente; f = 0,75 m; s = -1 m; s = 3 m b) Existe una segunda posición de esta lente para la cual se obtiene sobre la pantalla una imagen del objeto de tamaño menor que este. Cuál es la nueva posición de la lente? Cuál es el nuevo tamaño de la imagen? Sol: s = - 3 m; s = 1 m; y = (1/-3) y