Uitwerkingen Hertentamen Optica



Vergelijkbare documenten
Hertentamen Optica. 20 maart Zet je naam, studentennummer en studierichting bovenaan elk vel dat je gebruikt. Lees de 6 opgaven eerst eens door.

Uitwerkingen Tentamen Optica

Uitwerkingen tentamen Optica

Uitwerkingen tentamen optica

Hertentamen Optica,11 april 2016 : uitwerkingen

Tentamen Optica. 20 februari Zet je naam, studentennummer en studierichting bovenaan elk vel dat je gebruikt. Lees de 6 opgaven eerst eens door.

Tentamen Optica. 19 februari 2008, 14:00 uur tot 17:00 uur

Uitwerkingen Hertentamen Optica

Uitwerkingen Tentamen Optica

Uitwerking- Het knikkerbesraadsel

, met ω de hoekfrequentie en

Tentamen Golven en Optica

FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE. Kenmerk: /Gor/Hsa/Rrk. Datum: TENTAMEN

Technische Universiteit Eindhoven

TENTAMEN. x 2 x 3. x x2. cos( x y) cos ( x) cos( y) + sin( x) sin( y) d dx arcsin( x)

Faculteit Biomedische Technologie Tentamen OPTICA (8N040) 16 augustus 2012, 9:00-12:00 uur

FACULTEIT TECHNISCHE NATUURWETENSCHAPPEN. Opleiding Technische Natuurkunde TENTAMEN

Faculteit Technische Natuurkunde Proeftentamen OPTICA voor BMT (3D010) 8 maart 1999, 14:00-17:00 uur

Opgave 2 Het beeld van de gasvlam is vrij plat. Het beeld dat een hologram maakt, heeft vaak veel meer diepte.

Faculteit Technische Natuurkunde Tentamen OPTICA voor BMT (3D010) 22 juni 1999, 14:00-17:00 uur

De 37 e Internationale Natuurkunde Olympiade Singapore Practicum-toets Woensdag 12 juli 2006

Noorderpoort Beroepsonderwijs Stadskanaal. Reader. Reflectie en breking. J. Kuiper. Transfer Database

Faculteit Biomedische Technologie. 9 april 2018, 18:00-21:00 uur

Naam: Klas: Toets Holografie VWO (versie A) Opgave 1 Geef van de volgende beweringen aan of ze waar (W) of niet waar (NW) zijn. Omcirkel je keuze.

FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE. Kenmerk: /vGr. Datum: 24 juli 2000 TENTAMEN

Tentamen Optica. Uitwerkingen - 26 februari = n 1. = n 1

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN

Faculteit Biomedische Technologie. 28 januari 2016, 18:00-21:00 uur

De snelheid van de auto neemt eerst toe en wordt na zekere tijd constant. Bereken de snelheid die de auto dan heeft.

In de figuur hieronder zie je een Elektromagnetische golf: een golf die bestaat uit elektrische en magnetische trillingen.(zie figuur).

Basic Creative Engineering Skills

Bepaling van de diameter van een haar

Fysica 2 Practicum. X-stralen

6.1 Voortplanting en weerkaatsing van licht

JANNEKE SCHENK. Over de REGENBOOG. Regenbogen en andere lichtverschijnselen aan de hemel, natuurkundig verklaard voor iedereen

Wet van Snellius. 1 Lichtbreking 2 Wet van Snellius 3 Terugkaatsing van licht tegen een grensvlak

Hoofdstuk 3: Licht. Natuurkunde VWO 2011/

Faculteit Biomedische Technologie Tentamen OPTICA (8N040) 26 juni 2012, 14:00-17:00 uur

Begeleide zelfstudie Golven en Optica voor N (3B440)

3HAVO Totaaloverzicht Licht

Beoordelingscriteria tentamen G&O, 5 juli 2006

Eindronde Natuurkunde Olympiade 2015 theorietoets deel 1

Tentamen Golven & Optica (NS-104B)

Voorblad bij tentamen - Optica 3BOX1

Licht; Elektromagnetische straling een golf Licht; een deeltje (foto-elektrisch effect). Licht; als een lichtstraal Licht beweegt met de

1. 1 Wat is een trilling?

Exact Periode 5. Dictaat Licht

1 f T De eenheid van trillingstijd is (s). De eenheid van frequentie is (Hz).

Labo Fysica. Michael De Nil

Exact Periode 5 Niveau 3. Dictaat Licht

Voorblad bij tentamen Optica 3BOX1

TWEEDE RONDE NATUURKUNDE OLYMPIADE 2015 TOETS APRIL :00 12:45 uur

(B) L_- Tentamen optica en optisch waarnemen

2.1 Wat is licht? 2.2 Fotonen

σ = 1 λ 3,00 μm is: 3,00 x 10-4 cm σ = 1 cm / 3,00 x 10-4 cm= 3, cm -1

Holografie. Bijlagen. Holografie Info,

Geometrische optica. Hoofdstuk Principe van Huygens. 1.2 Weerkaatsing van lichtgolven.

Exact Periode 5.2. Licht

6.1 Voortplanting en weerkaatsing van licht 6.2 Spiegel en spiegelbeeld

Basisprincipes glasvezelcommunicatie

Hoofdstuk 4: Licht. Natuurkunde Havo 2011/2012.

Hoofdstuk 4 - Periodieke functies

Hoofdstuk 2 De sinus van een hoek

a) Bepaal door middel van een constructie de plaats van het beeld van de scherf en bepaal daaruit hoe groot Arno de scherf door de loep ziet.

Deze toets bestaat uit 4 opgaven (33 punten). Gebruik eigen grafische rekenmachine en BINAS toegestaan. Veel succes! ZET JE NAAM OP DEZE

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Samenvatting Natuurkunde H3 optica

Samenvatting Natuurkunde Hoofdstuk 3 Licht en Lenzen

Practicum Atoom- en Molecuulfysica : het Zeeman-effect

Antwoorden Eindtoets 8NC00 12 april 2017

Wiskunde Vraag 1. Vraag 2. Vraag 3. Vraag 4 21/12/2008

Eindronde Natuurkunde Olympiade 2014 theorietoets deel 1

6,2. Werkstuk door een scholier 1565 woorden 1 december keer beoordeeld. Natuurkunde. Wat is kleur?

6 - Geschiedenis van het getal Pi

Zonnestraling. Samenvatting. Elektromagnetisme

Lichtsnelheid. 1 Inleiding. VWO Bovenbouwpracticum Natuurkunde Practicumhandleiding

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Uitwerking Tentamen Calculus, 2DM10, maandag 22 januari 2007

Inleiding Astrofysica Tentamen 2009/2010: antwoorden

Voorbereiding toelatingsexamen arts/tandarts. Fysica: Licht als golf en als deeltje. 24 juli dr. Brenda Casteleyn

Uitwerkingen. Hoofdstuk 2 Licht. Verkennen

Vraag Antwoord Scores. methode 1 Omdat de luchtweerstand verwaarloosd wordt, geldt: v( t) = gt. ( ) ( ) 2

natuurkunde vwo 2018-II

Polarisatie. Overig Golven, Polarisatie,

Antwoorden. 1. Rekenen met complexe getallen

Diffractie door helix structuren (Totaal aantal punten: 10)

Het circulair polarisatiefilter

Verslag practicum vaste-stoffysica: De karakteristieken van een H-α zonnefilter

Inleiding Optica (146012).

Microscopie, een oud en vertrouwd vakgebied. Inderdaad, een laboratorium zonder

EXAMEN HOGER ALGEMEEN VOORTGEZET ONDERWIJS IN 1975

Telescoop: optica die licht vergaart in een focus. Detector: registreert, meet de flux. Zeer verschillende technieken voor verschillende golflengtes

34 e Internationale Natuurkunde Olympiade Taipei, Taiwan Experimentele toets Woensdag 6 augustus 2003 Beschikbare tijd: 5 uur. Lees dit eerst!

Invals-en weerkaatsingshoek + Totale terugkaatsing

TWEEDE RONDE NATUURKUNDE OLYMPIADE 2017 TOETS APRIL :00 12:45 uur

Bescherming van je lichaam tegen UV licht

Het oplossen van goniometrische vergelijkingen een alternatieve handleiding voor HAVO wiskunde B

De Coma lenzen van Van Heel

Eindexamen natuurkunde 1-2 vwo 2001-I

Geleid herontdekken van de golffunctie

Transcriptie:

Uitwerkingen Hertentamen Optica 20 maart 2006 De volgende uitwerkingen zijn mogelijke manieren van oplossen, maar niet noodzakelijk de enige. Opgave 1 a) Dispersie is het fenomeen dat een medium een golflengte afhankelijke brekingsindex heeft: n = n(λ). Verschillende kleuren propageren met verschillende snelheden in het medium (v = c/n(λ)). Bij niet-loodrechte inval op een dispersief medium, zullen verschillende kleuren onder verschillende hoeken worden gebroken. b) In de vraag zoals afgedrukt in het tentamen is een fout geslopen. De waarheidsgetrouwe stralengang ziet er zo uit: Er is gegeven dat blauw (λ 450) een grotere brekingsindex ondervindt dan rood (λ 750 nm). Blauw zal dus sterker afbuigen aan het intreefacet. Volgen we de sterker afgebogen straal, dan komt blauw dus uit bij binnen. Rood zit aan de buitenkant. c) Een tweede regenboog ontstaat doordat een deel van het licht een tweede maal intern reflecteert voordat het de druppel verlaat. 1

Opgave 2 a) Zie figuur L d L d b) Methode 1: stralengang en Wet van Snel x y L Zie de figuur. We zoeken de afstand y als functie van L. De paraxiale limiet is geldig, dus nθ = θ (n is de brekingsindex in de bak). Verder geldt θ = y x θ = L x Hieruit volgt dat yθ = Lθ, en wetende dat nθ = θ vinden we y = L n 2

Methode 2: Lenzenformule n 1 s + n 2 = n 2 n 1 s R = 0 Verder geldt dat n 1 = n, n 2 = 1 en s = L. Dit gecombineerd geeft s = L n Opgave 3 a) De hoek die het licht maakt in de film is θ t = 31.6 (wet van Snel). Het weglengteverschil tussen de reflecties van het glas-polymeer oppervlak en het lucht-polymeer oppervlak is p = 2n f t cos θ t Hier is t de filmdikte. De voorwaarde voor constructieve interferentie is p + r = mλ Aangezien beide reflecties van een lage brekinsindex naar een hoge brekingsindex gaan, is r = 0. We moeten dus de volgende vergelijking oplossen. 2n f t cos θ t = mλ Als we de gegeven parameters invullen volgt hieruit dat mλ = 1840 nm. De ordes m = 3 en m = 4 vallen binnen het gedetecteerde gebied, met golflengtes λ(m = 3) = 613 nm en λ(m = 4) = 460 nm. b) Er geldt voor twee golflengten λ 1 en λ 2 dat m 1 λ 1 = m 2 λ 2. 600 nm 450 nm = 4 3 Dus we zoeken een filmdikte die in de vierde orde een golflengte van 450 nm reflecteert en in de derde orde een golflentgte van 600 nm reflecteert (8/6 zou ook kunnen, ware het niet dat dit een dikkere film oplevert, in plaats van een dunnere). Dus: 2n f t cos θ t = 4 450 nm Hieruit volgt dat t = 783 nm. De kras is dus 800 nm 783 nm = 17 nm diep. 3

Opgave 4 a) Voor diffractie aan een circulaire apertuur kennen we: θ = 1.22λ D, (1) met θ de openingshoek tussen de centrale piek en het eerste diffractie minimum, λ de golflengte en D de diameter van de apertuur. Drukken we θ uit in de straal van de bundel ter plaatse van de maan r m en de afstand tot de maan L, dan vinden we: Dit komt uit op r m = 48 m. r m = 1.22λL D. (2) b) Er is gegeven dat I 0 = P 0, (3) Cπrm 2 met C = [2/(1.22π)] 2. Het gereflecteerde vermogen vinden we door te stellen: P refl = A refl I 0, (4) met A refl = π(d r /2) 2 het oppervlak van de retroreflector met diameter d r. Wanneer we alle termen invullen, levert dit: P refl = ( ) 2 πdr d t P 0. (5) 4λL c) Deze vraag is eenvoudig op te lossen als je inziet dat vgl. (5) symmetrisch is in d r en d t. De bron en de ontvanger spelen dus dezelfde rol. Diffractie aan de spiegel geeft daarom het dubbele effect, wat leidt tot een totaal vermogen P tele na terugkeer bij de de telescoop: d) In de puls bevinden zich P tele = ( ) 4 πdr d t P 0. (6) 4λL N = P 0 hν = P 0λ hc (7) fotonen. Met P 0 = 1 mj en λ = 532 nm komt dit neer op 2.67 10 15 fotonen. De totale fractie P tele /P 0 uit vgl. (6) bedraagt 1.49 10 7. Het aantal fotonen dat wordt gedetecteerd bedraagt dus 3.97 10 8. 4

Opgave 5 a) De intensiteiten van de vier bundels voor interferentie zijn als volgt: A1 (2 maal transmissie): I A1 /I 0 = 0.9 0.9 = 0.81 A2 (2 maal reflectie): I A2 /I 0 = 0.1 0.1 = 0.01 B1 (1 maal transmissie, 1 maal reflectie): I B1 /I 0 = 0.9 0.1 = 0.09 B2 (1 maal reflectie, 1 maal transmissie): I B2 /I 0 = 0.1 0.9 = 0.09 b) We gebruiken voor de totale intensiteit na interferentie de formule: I = I 1 + I 2 + 2 I 1 I 2 cos( φ). (8) Bij uitgang A treedt interferentie op tussen bundels met intensiteiten I A1 = 0.81I 0 en I A2 = 0.01I 0. Invullen geeft I max = 1.0I 0 en I min = 0.64I 0, met een fringe visibility V = 0.22. Bij uitgang B treedt interferentie op tussen bundels met intensiteiten I B1 = I B2 = 0.09I 0. Invullen geeft I max = 0.36I 0 en I min = 0, met een fringe visibility V = 1.00. c) De periodiciteit en fase van de interferentie worden bepaald door het faseverschil tussen de twee interfererende lichtpaden. In de analyse houden we rekening met drie bijdragen aan het faseverschil: (i) Een constante fase φ 0, die te maken heeft met de vaste padlengten (zoals y 0 ); (ii) een veranderende fase φ y = 2π(2 y/λ), die te maken heeft met de extra vertraging bij verplaatsing van de translatietafel; en (iii) mogelijke extra fases van π bij reflectie aan het grensvlak tussen een medium met lage brekingsindex naar hoge brekingsindex (bundelsplitser). Het faseverschil voor de interfererende bundels in kanaal A wordt hiermee: φ A = φ A2 φ A1 = φ 0 + 2π(2 y/λ) + π. (9) Het faseverschil voor de interfererende bundels in kanaal B wordt hiermee: φ B = φ B2 φ B1 = φ 0 + 2π(2 y/λ) + π π. (10) De intensiteit na interferentie wordt bepaald door de cos( φ) in vgl. (8). Deze is periodiek in y = λ/2 (het licht gaat heen en weer in de translatietafel). De interferenties in kanaal A en B zijn uit fase, omdat φ A φ B = π. Merk op dat de som van de intensiteiten constant is (vanwege energiebehoud): I A + I B = I 0. 1 A intensiteit (I ) 0 0.64 0.36 0 B 0 0.5 1 1.5 2 y ( ) 5

Opgave 6 a) Om maximale transmissie door de tweede polarisator te kijgen, moet het dubbelbrekende plaatje de polarisatie 90 draaien. Dit is een λ/2-plaatje, waarvoor we weten: λ = m + 1 2, (11) met λ de golflengte, d de dikte van het plaatje en n het brekingsindexverschil tussen zijn twee assen. Zoals gegeven gaat deze voorwaarde bij λ 2 = 650 nm op, en vervolgens wederom bij λ 1 = 750 nm. Er volgt: = m + 1 λ 1 2, (12) = m + 1 λ 2 2 = m + 3 2. (13) Dit zijn twee vergelijkingen met twee onbekenden. We vinden voor het orde getal: ofwel m = 6. Vervolgens vinden we d = 0.542 mm. (m + 1 2 )λ 1 = (m + 3 2 )λ 2, (14) b) De volgende maximaal doorgelaten golflengtes in de rij, bij /λ = 8 1 2 en /λ = 9 1 2, zijn λ 3 = 573.5 nm en λ 4 = 513.1 nm. De golflengtes in het spectrum met minimale intensiteit (I = 0) vinden we door te eisen: λ Deze nulpunten liggen achtereenvolgens bij 696.4 nm en 609.4 nm. De transmissie T door de tweede polarisator is T = I 0 2 = m. (15) [ 1 2 1 ( 2 cos 2π )] = I ( 0 λ 2 sin2 π ), (16) λ met 2π/λ het totale faseverschil. De factor I 0 /2 ontstaat doordat de eerste polarisator de helft van de intensiteit I 0 weggooit. Het argument is omgekeerd evenredig met de golflengte. Dit ziet er als volgt uit: 6

De maximale amplitude (bij λ 1, λ 2, λ 3, λ 4 ) bedraagt I 0 /2. c) Als het λ-plaatje onder 90 gedraaid wordt, reist de volledige intensiteit over een van beide kristalassen. Het plaatje functioneert dan als een gewoon stuk glas, en de polarisatie zoals aangebracht door polarisator 1 blijft onveranderd. Er komt dus niets door de tweede polarisator. 7