53 ฟสิกส บทที่ 14 แส งและทัศนอุปกรณ ตอนที่ 1 การเคลื่อนที่ของแสง แสงเปนคลื่นตามขวางชนิดหนึ่ง แสงจะเดินทางเปน เสนตรง ทิศทางของแสงเราอาจใชเสนตรงแทนได เรียก เสนตรงนี้วา รังสีของแสง ความเร็วแสงในบรรยากาศเทา กับ 3x108 เมตรตอวินาที แตในตัวกลางตางชนิดกัน ความเร็วของแสงอาจมีคาไมเทากันได 1. กําหนดความเร็วแสงในสุญญากาศมีคาเทากับ 3x108 เมตรตอวินาที ดังนั้นในเวลา 1 ป แสงจะเคลื่อนที่ไดระยะทางกี่เมตร ( 9.46x1015เมตร ) วิธีทํา 2. กําหนดความเร็วแสงในสุญญากาศมีคาเทากับ 3x108 เมตรตอวินาที ดังนั้นในเวลา 1 นาที แสงจะเคลื่อนที่ไดระยะทางกี่เมตร ( 1.8 x 1010 ) วิธีทํา ⌫⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌦ ตอนที่ 2 การสะทอนแสง 2.1 กฏการสะทอนของแสง เมื่อยิงแสงไปตกกระทบผิววัตถุใดๆ แสงมักสะทอนออกจากวัตถุนั้นได กฎการสะทอน มีดังนี้ 1. รังสีตกกระทบ รังสีสะทอน เสนปกติอยูในระนาบเดียวกัน 2. มุมตกกระทบเทากับมุมสะทอน ″1 ″2 รังสีตกกระทบ รังสีสะทอน เสนปกติ มุมตก มุมสะทอน
54 ขอควรรูเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสะทอนแสง 1. ถารังสีตกกระทบตั้งฉากกับผิววัตถุ รังสีสะทอนจะสะทอนยอนแนวเดิมออกมาโดยตลอด 2. หากรังสีสะทอนอยางนอย 2 เสน มาตัดกัน จะเกิด ภาพของวัตถุตนกําเนิดแสงขึ้น ณ จุดตัดนั้น ระยะจากวัตถุสูจุดสะทอน เรียก ระยะวัตถุ (S) ระยะจากภาพสูจุดสะทอน เรียก ระยะภาพ (Sℑ) และ กําลังขยาย (m) = Y Y S S ℑ ℑ ∴ เมื่อ Yℑ = ขนาดภาพ Y = ขนาดวัตถุ 3. จงเติมคําลงในชองวางใหถูกตอง ภาพของวัตถุตนกําเนิดแสงจะเกิดเมื่อ ................................ ระยะวัตถุ (S) คือ .............................................................. ระยะภาพ (Sℑ) คือ ............................................................ กําลังขยาย (m) หาคาไดจาก ............................................. 2.2 กระจก โดยทั่วไปมี 2 ชนิด 1. กระจกราบ 2. กระจกโคง ไดแก โคงเวา และโคงนูน แสงสะทอน แสงตกกระทบ ระยะภาพ Sℑ ระยะวัตถุ S กระจกเวา กระจกนูน หลัง 4 นา กระจกราบ
55 การสะทอนกระจกผิวราบ รังสีที่สะทอนออกมาจากกระจกราบนั้น จะไมตัดกันจึงไมเกิดภาพจริงขึ้น แตถาเรา ตอแนวรังสีถอยออกไปขางหลังกระจก จะ พบวาเสนสมมติที่ตอออกไปนี้ จะไปตัด กันไดที่จุดจุดหนึ่ง การตัดกันของเสน สมมตินี้จะทําใหเกิดภาพหลังกระจก เรียก ภาพนี้วา ภาพเสมือน และสําหรับกรณีนี้ S = Sℑ และ y = yℑ เสมอ ดังนั้น m = S Sℑ = 1 4. ภาพที่เกิดจากกระจกราบ จะเปนภาพ ............. เสมอ ขนาดภาพ กับขนาดวัตถุจะมีขนาด ............. และระยะภาพ กับระยะวัตถุจะมีคา ......... กําลังขยายจะมีคาเทากับ ................... กระจกโคง จากรูป จุด C เรียก จุดศูนยกลางความโคง จุด O เรียก จุดใจกลางบนผิวโคง เสนตรง CO เรียก เสนแกนมุขสําคัญ ระยะ CO เรียก รัศมีความโคง (R) ถาเราใหรังสีที่ขนานกับเสนแกนมุขสําคัญ มาตกกระทบ กระจกเวา จะพบวา รังสีสะทอนจะตัดกันที่จุดกึ่งกลาง ระหวาง C กับ O เสมอ จุดตัดนี้เรียกจุดโฟกัส (F) ระยะหางจาก O ถึง F เรียกวา ความยาวโฟกัส (f) แตกระจกนูนจะเปนกระจกกระจายแสง เมื่อยิงแสงขนาน กับเสนแกนมุขสําคัญไปตกกระทบกระจกนูน แสงสะทอน จะกระจายออก ตองลากเสนสมมติตอไปขางหลังกระจก จึงจะไดจุดโฟกัส และความยาวโฟกัส ที่สําคัญ f = 2 R เสมอ R O C กระจกเวา R C O กระจกนูน
56 5. จากรูป จุด C เรียก ............................. จุด O เรียก ............................. เสนตรง CO เรียก ............................. ระยะ CO เรียก …………………. 6. หากเราฉายแสงที่มีรังสีขนานกับเสนแกนมุข สําคัญมาตกกระทบกระเวา แสงสะทอนของ รังสีขนานเหลานั้น จะไปตัดกันที่จุด.............. ระยะหางจากใจกลางกระจกถึงจุด F เรียกวา ....................................... 7. กระจกนูนเปนกระจกกระจายแสง แสงสะทอน ของรังสีขนานจะไมตัดกัน จุดโฟกัสของกระจกนูน จะเกิดจาก ............................................................ 8. จุดโฟกัสจะอยูกึ่งกลางระหวางจุดใจกลางกระจก กับจุดศูนยกลางความโคงเสมอ ดังนั้น f = …… 9. รังสีของแสงจากดวงอาทิตยถือเปนรังสีขนาน ดังนั้น หากเรานํากระจกเวามารองรับแสง อาทิตย เมื่อแสงสะทอนมาตัดกัน จะทําใหเกิดภาพของดวงอาทิตยที่จุด .................. ของ กระจกเวานั้น 10. ถาใชกระจกเวารัศมีความโคง 100 เซนติเมตร รับแสงจากดาวดวงหนึ่ง จะไดภาพหาง จากกระจกเซนติเมตร ก. 200 ข. 100 ค. 50 ง. 25 (ขอ ค) วิธีทํา 11. ถากําหนดให R คือรัศมีความโคงของกระจกเวา ถาตองการใหเกิดลําแสงขนานสงออกไป จากกระจกเวานี้ ควรจะวางหลอดไฟฟาไวที่ตําแหนงใดบนเสนแกนมุขสําคัญของกระจกนี้ 1. 2R 2. R 3. 2 R 4. 4 R (ขอ 3) วิธีทํา R O C กระจกเวา R C O กระจกนูน
57 การเกิดภาพโดยกระจกโคง กระจกเวา สรุป กระจกเวาสวนมากจะสรางภาพจริงหัวกลับ ยกเวนเมื่อวัตถุอยูตรงจุดโฟกัส จะไมเกิดภาพ ถาวัตถุอยูใกลกวาจุดโฟกัส จะสรางภาพเสมือนหัวตั้งขนาด ภาพใหญกวาวัตถุ กระจกนูน สรุป กระจกนูนจะสรางแตภาพเสมือนหัวตั้ง ขนาดภาพเล็กกวาขนาดวัตถุ และระยะภาพสั้นกวา ระยะวัตถุเสมอ
58 12. ใหเขียนการเกิดภาพโดยกระจกเวา และกระจกนูนตามกรณีตอไปนี้ใหสมบูรณ กระจกเวา สรุป กระจกนูน ชวนสังเกตุ ถาม กระจกอะไรสรางภาพจริงได ถาม กระจกอะไรสรางภาพเสมือนได ก. เวา ข. ราบ ค. นูน ง. ถูกทุกขอ ก. เวา ข. ราบ ค. นูน ง. ถูกทุกขอ ลักษณะของภาพจริงที่เกิดจากการสะทอน ลักษณะของภาพเสมือนที่เกิดจากการสะทอน 1. หัวกลับ 1. หัวตั้ง 2. เกิดหนากระจก 2. เกิดหลังกระจก 3. เอาฉากมาตั้งรับได 3. เอาฉากมารับไมได แตเห็นไดดวยตาเปลา สรุป 1. 2. 3. 4. 5.
59 13(มช 35) คํากลาวตอไปนี้ขอใดเปนจริง ก. ภาพของวัตถุจริงที่เกิดจากกระจกเวาจะเปนภาพจริงเสมอ ข. ภาพของวัตถุจริงที่เกิดจากกระจกเวาจะมีขนาดโตกวาวัตถุเสมอ ค. ภาพของวัตถุจริงที่เกิดจากกระจกนูน จะเปนภาพเสมือนเสมอ ง. ภาพเสมือนที่เกิดจากกระจกนูน จะมีขนาดโตกวาวัตถุเสมอ (ขอ ค) 14. ขอใดไมถูกตอง ก. ภาพจริงหัวกลับ ภาพเสมือนหัวตั้ง ข. ภาพจริงตองใชฉากรับ ค. ภาพเสมือนโตเทาวัตถุเสมอ ง. ภาพเสมือนไมตองใชฉากรับ (ขอ ค) 15. กระจกในขอใดสามารถใหภาพเสมือนที่มีขนาดใหญกวาวัตถุ ก. กระจกเงาราบ ข. กระจกนูน ค. กระจกเวา ง. ขอ ข, ค ถูก (ขอ ค) 16. จะตองวางวัตถุหางจากกระจกเวาอยางไร เราจึงมองเห็นภาพที่เกิดจากกระจกเวาไดเลย โดยไมตองใชฉากรับภาพ ก. วัตถุอยูหางจากกระจกนอยกวาความยาวโฟกัส ข. วัตถุอยูหางจากกระจกเทากับความยาวโฟกัส ค. วัตถุอยูระหวางศูนยกลางความโคงกับโฟกัส ง. วัตถุอยูที่จุดศูนยกลางความโคง (ขอก) 17. ถาวางวัตถุไวที่จุดศูนยกลางความโคงของกระจกเวา ภาพที่เกิดขึ้นเปนอยางไร ก. ภาพเสมือนขนาดเทาวัตถุ ข. ภาพจริงขนาดเทาวัตถุ ค. ภาพจริงขนาดเล็กกวาวัตถุ ง. ภาพจริงขนาดโตกวาวัตถุ (ขอ ข) 18(En 43/1) ถาวางวัตถุไวหนาทัศนอุปกรณอยางงายชนิดหนึ่ง จะไดภาพจริงหัวกลับขนาด ขยายใหญกวาวัตถุดังรูป ทัศนอุปกรณอยางงายคือ (ขอ 2) 1. กระจกนูน 2. กระจกเวา 3. เลนสนูน 4. เลนสเวา ทั ศ น – อุปกรณ วัต ถุ ภาพ
60 สูตรที่ใชคํานวณการเกิดภาพโดยกระจกเวา และ กระจกนูน S 1 S 1 f 1 ℵ Ι[ m = Y Y S S ℵ ℵ [ m = s f f Κ f = 2 R เงื่อนไขการใชสมการ 1) หากเปนกระจกเวา ตองใช f มีคาเปน + หากเปนกระจกนูน ตองใช f มีคาเปน – 2) หากภาพที่เกิดเปนภาพจริง ตองใช S , y , m มีคาเปน + หากภาพที่เกิดเปนภาพเสมือน ตองใช S , y , m มีคาเปน – 19. วางวัตถุไวหนากระจกเวาอันมีความยาวโฟกัส 5 เซนติเมตร ปรากฏวาเกิดภาพจริงขึ้นที่ ระยะหางจากกระจก 10 เซนติเมตร จงหาวาวัตถุอยูหางกระจกกี่เซนติเมตร ( 10 cm) วิธีทํา 20. วางวัตถุไวหนากระจกนูนอันมีความยาวโฟกัส 10 เซนติเมตร ปรากฏวาเกิดภาพขึ้นที่ระยะ หางจากกระจก 5 เซนติเมตร จงหาวาวัตถุอยูหางกระจกกี่เซนติเมตร ( 10 cm ) วิธีทํา เมื่อ f = ความยาวโฟกัส S = ระยะวัตถุ S = ระยะภาพ y = ขนาดวัตถุ y = ขนาดภาพ m = กําลังขยาย R = รัศมีความโคงกระจก
61 21. วางวัตถุหนากระจกเวาเปนระยะ 10 เซนติเมตร เกิดภาพจริงหนากระจกที่ระยะ 15 เซนติเมตร กระจกมีรัศมีความโคงเทาไร (12 cm) วิธีทํา 22. วางวัตถุหนากระจกโคงความยาวโฟกัส 40 เซนติเมตร ปรากฏวาใชฉากรับภาพไดที่ระยะ 120 เซนติเมตร หนากระจก จงหาวาวัตถุอยูหางจากกระจกเทาใด และไดขนาดภาพเปนกี่ เทาของขนาดวัตถุ (60 cm , 2 เทา) วิธีทํา 23. ถาจะใหเกิดภาพหลังจากกระจกนูน 20 เซนติเมตร กระจกนูนมีรัศมีความโคง 60 เซนติ- เมตร จะตองวางวัตถุหางจากกระจกนูนเทาไร (60 cm) วิธีทํา
62 24. วางวัตถุไวหนากระจกโคง หางกระจก 8 เซนติเมตร เกิดภาพเสมือนหางกระจก 4 เซนติ- เมตร จงหาความยาวโฟกัส และชนิดของกระจก (–8 cm) วิธีทํา 25. วัตถุสูง 5 เซนติเมตร อยูหาง 10 เซนติเมตร จากกระจกเวาซึ่งมีรัศมีความโคง 50 เซนติ- เมตร จงหาขนาดของภาพ ( 3 25 cm) วิธีทํา 26(มช 32) ถาวางวัตถุที่มีความสูง 10 เซนติเมตร ไวหนากระจกนูนซึ่งมีรัศมีความโคง 50 เซนติเมตร โดยวางใหหางจากกระจกเปนระยะ 100 เซนติเมตร จงหาความสูงของ ภาพวามีขนาดกี่เซนติเมตร ( –2 cm) วิธีทํา
63 27. วางวัตถุสูง 5 เซนติเมตร ไวหนากระจกโคงเปนระยะ 5 เซนติเมตร ไดภาพเสมือน ขนาดสูง 3 เซนติเมตร จงหาชนิดของกระจก (กระจกนูน f = 7.5 cm) วิธีทํา 28. ทันตแพทยถือกระจกเวารัศมีความโคง 4.0 เซนติเมตร หางจากฟนที่ตองการอุดเปนระยะ 1.0 เซนติเมตร ทันตแพทยจะเห็นฟนในกระจกขยายเปนกี่เทา 1. 2 เทา 2. 3 เทา 3. 4 เทา 4. 5 เทา (ขอ1) วิธีทํา 29. กระจกเวา 2 บาน ความยาวโฟกัสแผนละ10 Cm วางหันหนาเขาหากันหางกัน 30 Cm นํา วัตถุวางหางกระจกบานหนึ่งระยะ 5 Cm ตําแหนงและชนิดของภาพที่เกิดจากการสะทอน แสงระหวางกระจกทั้งสอง ใหสะทอนจากบานใกลวัตถุกอน วิธีทํา (ภาพจริงอยูหนากระจกบาน 2 = 13.33 cm)
64 30. วัตถุสูง 5 เซนติเมตรวางหางจากกระจกนูน 15 เซนติเมตรกระจกนูนมีรัศมีความโคง 20 เซนติเมตรกระจกราบบานหนึ่งวางหันหนาเขาหากระจกนูน หางจากกระจกนูน 20 เซนติเมตร จงหาตําแหนงของภาพซึ่งเกิดจากรังสีของแสง ซึ่งสะทอนที่กระจกนูนกอน จากนั้นสะทอน ที่กระจกราบ (หลังกระจกราบ 26 cm) วิธีทํา 31. วางหลอดไฟฟาที่โฟกัสของกระจกเวา ดังรูป ถานํากระจกเวาอีกบานหนึ่งมารับแสงจากกระจก บานแรก ภาพของหลอดไฟฟานี้จะเกิดขึ้น ณ. ตําแหนงใด และเปนภาพจริงหรือภาพเสมือน วิธีทํา ⌫⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌦ ตอนที่ 3 การหักเหของแสง กฎของสเนลล 2 sin 1 sin ⊗ ⊗ = 2v 1 v = 2 1 ↵ ↵ = n21 = 1 n 2n เมื่อ n1 คือ ดัชนีหักเหตัวกลางที่ 1 เทียบกับอากาศ เรียกสั้นๆ ดัชนีหักเหของตัวกลางที่ 1 n2 คือ ดัชนีหักเหตัวกลางที่ 2 เทียบกับอากาศ เรียกสั้นๆ ดัชนีหักเหของตัวกลางที่ 2 ** หมายเหตุ : 1. n21 ¬ n2 หรือ n1 2. nอากาศ = 1 F วัตถุ
65 32. แสงชนิดหนึ่งมีความยาวคลื่น 450 นาโนเมตร ความเร็ว 3x108 เมตร/วินาที ในอากาศ เมื่อยิงแสงทะลุลงไปในของเหลวชนิดหนึ่ง ปรากฎวาความยาวคลื่นเปลี่ยนเปน 300 นาโน– เมตร ความเร็วแสงในของเหลวชนิดนี้มีคาเทาใด (2x108 m/s) วิธีทํา 33.แสงสีหนึ่งมีความยาวคลื่น 600 นาโนเมตรในอากาศและมีอัตราเร็ว 3x108 เมตร/วินาที ถาดัชนีหักเหของแกวเทียบหับอากาศเปน 2 3 จงหาอัตราเร็วแสงในแกว ( 2x108 m/s) วิธีทํา 34. จากขอที่ผานมา จงหาความยาวคลื่นของแสงในแกว (4x10–7m) วิธีทํา 35. ดัชนีหักเหของตัวกลาง A = 3 และ ดัชนีหักเหของตัวกลาง B = 6 จงหาดัชนีหักเหของ ตัวกลาง A เทียบกับ B (0.5) วิธีทํา
66 36. จากขอที่ผานมา หากความเร็วแสงในตัวกลาง B มีคาเทากับ 1.2x108 เมตร/วินาที แลว ความเร็วแสงในตัวกลาง A จะมีคาเทาใด (2.4x108) วิธีทํา 37. ถาดัชนีหักเหของน้ํามีคา 3 4 และดัชนีหักเหของน้ํามัน 3 2 อัตราสวนระหวางอัตราเร็ว ของแสงในน้ํามันและน้ําเปนเทาใด (8/9) วิธีทํา 38(En 41/2)แสงความยาวคลื่นในอากาศ 525 นาโนเมตร เมื่อเคลื่อนที่ผานไปในแกวที่มีดัชนี หักเห 1.50 จงหาความยาวคลื่นแสงในแกว ( ใหดัชนีหักเหของแสงในอากาศ = 1 ) (350 nm) วิธีทํา 39. ดรรชนีหักเหของแสงในตัวกลางหนึ่งมีคา 1.5 ดังนั้นอัตราเร็วของแสงในตัวกลางนั้นมีคา เทาไร (กําหนด ดัชนีหักเหของแสงในอากาศ = 1) ก. 4.5x107 m/s ข. 1.5x108 m/s ค. 2x108 m/s ง. 2.5x108 m/s (ขอ ค) วิธีทํา
67 40. แสงเคลื่อนที่ผานตัวกลางดวยอัตราเร็ว 2.25x108 เมตร/วินาที อยากทราบวาตัวกลางนี้มี คาดัชนีหักเหเทาใด (1.33) วิธีทํา 41. แสงเคลื่อนจากของเหลวผานแทงแกวไปสูอากาศ ดังรูป จงหาดรรชนีหักเหของของเหลว ( 2 ) วิธีทํา 42. จากรูป แสงเดินทางจากตัวกลางที่ 1 ผานตัวกลาง ที่ 2 ตัวกลางที่ 3 ไปสูตัวกลางที่ 4 โดยผานรอยตอ ตัวกลาง A , B , C ซึ่งขนานกัน จงหาดัชนีหักเห ของของตัวกลางที่ 1 เทียบกับตัวกลางที่ 4 ( 4 3 ) วิธีทํา ⌫⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌦ 30oของเหลว แกว × อากาศ 53o 53o C B A (4) (3) (2) (1)
68 ตอนที่ 4 ปรากฏการณที่เกี่ยวกับแสง 4.1 การสะทอนกลับหมด หากยิงแสงจากตัวกลางที่มีความหนาแนนมากกวา ไปสูตัวกลางที่มีความหนาแนนนอย กวา เชน ยิงแสงจากพลาสติกไปสูอากาศ จะเกิดการหักเหซึ่ง มุมหักเห จะโตกวามุมตก กระทบเสมอ ดังรูป และสําหรับมุมตกกระทบที่ทําใหมุมหักเหเปนมุม 90o พอดี มุมตก กระทบนี้จะเรียก มุมวิกฤติ และหากมุมตกกระทบมีขนาดโตกวามุมวิกฤตินี้ จะทําใหแสงเกิดการสะทอนกลับเขามา ภายในตัวกลางที่ 1 ทั้งหมด ไมมีการหักเหออกไปอีก เราเรียกปรากฎการณนี้วา การสะทอน กลับหมด 43. เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแนนมากกวาสูตัวกลางที่มีความหนาแนนนอยกวา มุมตกกระทบกับมุมหักเห มุมที่มีขนาดโตกวาคือ ........................... 44. มุมวิกฤติ คือ ............................................................................................................... 45. หากมุมตกกระทบโตกวามุมวิกฤติ จะเกิดปรากฏการณ ............................................ 46.ถามุมตกกระทบในของเหลวชนิดหนึ่งเทากับมุมวิกฤติมุมของหักเหของแสงจะเปนเทาไร(90o) 47(En 37) มุมวิกฤติ δ∉Cε ของแสงที่เดินทางจากแกวซึ่งมีคาดรรชนีหักเห 1.5 ไปยังน้ําซึ่ง มีคาดรรชนีหักเห 1.3 มีคาเทากับเทาใด (ขอ 3) 1. sin–1(0.65) 2. sin–1(0.76) 3. sin–1(0.87) 4. sin–1(0.92) วิธีทํา 80o 30o อากาศ พลาสติก 90o 45o อากาศ พลาสติก 50o อากาศ พลาสติก
69 48.ผลึกใสชนิดหนึ่งมีคาดัชนีหักเห 2 และของเหลวชนิดหนึ่งมีคาดัชนีหักเห 3 4 จงหามุม วิกฤตระหวางผลึกใสและของเหลวนี้ (sin–1 3 2 ) วิธีทํา 49(En 38) มุมวิกฤติสําหรับสารโปรงใสชนิดหนึ่งในอากาศ มีคาเทากับ 45 องศา ความเร็ว แสงในสารโปรงใสนี้มีคาเทาใด ( ให ความเร็วแสงในอากาศ = 3.0x108 m/s ) 1. 2.1x108 m/s 2. 2.4x108 m/s 3. 2.7x108 m/s 4. 3.0x108 m/s (ขอ1) วิธีทํา 50. มุมวิกฤติสําหรับสารโปรงใสชนิดหนึ่งในอากาศมีคาเทากับ 30 องศา ดัชนีหักเหของแสง ในสารโปรงใสนี้มีคาเทาใด ( ให ดัชนีหักเหแสงในอากาศ = 1) ( 2 ) วิธีทํา 51(En 42/2) มุมวิกฤติตอแสงในของเหลวชนิดหนึ่งมีคาเทากับ 60 องศา ความยาวคลื่นของ แสงนั้นในของเหลวจะเปนกี่เทาของความยาวคลื่นในอากาศ 1. 2 2 2. 2 3 3. 2 4. 2 1 (ขอ 2) วิธีทํา
70 52. แผนตัวกลางโปรงใสสามชนิด ดัชนีหักเห n1 , n2 และ n3 วางซอนกันดังรูป ใหแสงตก กระทบในแผนแรกที่มีดัชนีหักเห n1 แลวผานตอไปยังแผนที่สองและสามไดถาตองการให การสะทอนกลับหมดเกิดขึ้นไดเฉพาะที่ผิว CD ดังรูป เทานั้น ดัชนีหักเหทั้งสามคาจะมี ความสัมพันธดังขอใด (ขอ 4) 1. n1> n2 > n3 2. n1< n2 < n3 3. n1> n2 < n3 4. n1< n2 > n3 วิธีทํา 4.2 ความลึกปรากฎ ลึกจริง ลึกปรากฏ = 2n 1 n เมื่อ n1 คือ ดัชนีหักเหของตัวกลางที่ 1 ที่แสงอยู n2 คือ ดัชนีหักเหของตัวกลางที่ 2 ที่แสงอยู ถาเรามองวัตถุที่อยูในน้ํา เราจะเห็นวัตถุนั้นอยูตื้น กวาความเปนจริง ทั้งนี้เพราะเมื่อแสงสะทอนจากตัวปลา แลวเดินทางออกจากน้ํามาเขาตาเราซึ่งอยูในอากาศแสงจะ เกิดการหักเห แตเนื่องจากวาสายตาของคนเราจะมองตรง เสมอ เราจึงมองเห็นปลาอยูตื้นกวาที่เปนจริง และหากเรามองวัตถุตรง ๆ (มองตั้งฉากกับผิวน้ํา) เราสามารถคํานวณหาความลึกปรากฎไดจาก หากเรามองเอียงทํามุมกับผิวหักเห ใชสมการ ลึกจริง ลึกปรากฏ = 2 cos 2n 1 cos 1 n ± ± เมื่อ ±1 คือ มุมตกกระทบในตัวกลางที่ 1 ±2 คือ มุมหักเหในตัวกลางที่ 2 วัตถุ ตา ลึกปรากฎ ภาพ ลึกจริง
71 53(มช 38) วัตถุอยูในน้ํามีความลึกจริงเปน 4 เมตร เราจะมองเห็นภาพวัตถุนั้นอยูลึกกี่เมตร (กําหนด ดัชนีหักเหของน้ํา = 4/3) ก. 4 ข. 3 ค. 2.67 ง. 2 (ขอ ข) วิธีทํา 54. นายเอนกยืนอยูบนสะพานเห็นปลาตัวหนึ่งอยูลึก 2 เมตร ถามวาตัวจริงของปลาอยูลึกกี่เมตร (กําหนด ดัชนีหักเหของน้ํา = 4/3) ( 2.67 ) วิธีทํา 55(มช 31) นกตัวหนึ่งบินอยูในอากาศสูงจากผิวน้ํา 3 เมตร คนที่ดําอยูใตน้ําและมองดูนกตัวนี้ ในแนวเสนปกติจะมองเห็นนกไกลหรือใกลกวาความจริงเทาใด ในหนวยของเมตร กําหนด n ของน้ํา = 4 3 (ขอ ข) ก. ใกลเขามามากกวาความจริง 1.00 ข. ไกลออกไปมากกวาความจริง 1.00 ค. ใกลเขามากกวาความจริง 2.25 ง. ไกลออกไปมากกวาความจริง 2.25 วิธีทํา
72 56.แทงแกวสี่เหลี่ยมหนา 6 เซนติเมตร มีคาดัชนีหักเห 1.5 วางทับกระดาษ อยากทราบวาถา มองผานแทงแกวนี้ลงไปตรงๆ จะเห็นตัวอักษรบนกระดาษลอยสูงจากกระดาษขึ้นมาเทาไร วิธีทํา (2 cm) 57(มช 38) มองผานกลองจุลทรรศนเห็นจุดเล็ก ๆ บนโตะชัดเจน แตเมื่อนําแผนวัตถุใสหนา 1.00 cm มาวางทับจุดดังกลาว ตองปรับเลื่อนกลองใหหางโตะจากตําแหนงเดิมไปเปน ระยะ 0.40 cm โดยที่โฟกัสของกลองจุลทรรศนยังคงเดิม ดัชนีหักเหของแผนวัตถุนี้เปนเทาใด 1. 1.24 2. 1.40 3. 1.66 4. 2.50 (ขอ 3) วิธีทํา 4.3 มิราจ ในบางครั้งคนซึ่งเดินทางในทะเลทราย จะ มองเห็นตนไมเปนสองตนพรอมกัน โดยตนไม ตนหนึ่งคือตนไมปกติ แตอีกตนหนึ่งจะเปน ภาพหัวกลับยอดชี้ลงใตพื้นทราย ปรากฏการณ นี้เรียก มิราจ ปรากฏการณนี้เกิดขึ้นเนื่องจากพื้น ทรายถูกแดดจัดเผา ทําใหอากาศบริเวณใกลพื้น ทรายมีอุณหภูมิสูงและมีความหนาแนนต่ําแตจุด ซึ่งสูงกวาพื้นทรายขึ้นมาเล็กนอย อุณหภูมิจะลดลงอยางมาก ทําใหความหนาแนนอากาศ บริเวณนี้สูงขึ้น จึงเกิดความแตกตางของความหนาแนนของชั้นอากาศบริเวณนั้น
73 และเมื่อแสงอาทิตยสะทอนออกจากยอดไม แสงบางสวนจะพุงตรงเขาตา ทําใหเห็นยอด ไมชี้ขึ้นบนอากาศเปนปกติ แตแสงบางสวนจะพุงลงขางลางแลวเกิดการหักเหตามชั้นอากาศ ซึ่งมีความหนาแนนตางกันอยูแลวยอนขึ้นมาเขาตา และเมื่อสายตามองตรงลงไป จะทําใหเห็น ยอดไมชี้ลงไปใตพื้นทราย นอกจากตัวอยางนี้แลว ยังมีปรากฏการมิราจใหเห็นไดอีก เชน การเห็นน้ําปรากฏบน พื้นผิวถนนที่รอนทั้งๆ ที่ถนนแหง หรือ เห็นเรือลอยคว่ําอยูในอากาศเหนือทองทะเลเปนตน 58. จงวาดภาพเพื่ออธิบายปรากฏการณมิราจที่เกิดกับเรือลอยลําอยูกลางทองทะเล 4.4 การกระจายของแสง แสงขาวของดวงอาทิตยนั้น จริง ๆ แลว ประกอบดวยแสงสีตาง ๆ 7 สี คือ มวง คราม น้ําเงิน เขียว เหลือง แสด และ แดง เมื่อใหแสงขาวเดินทางผานปริซึม สีแตละสี จะเกิดการหักเหไดไมเทากัน สีแดง มีความยาวคลื่นมากที่สุดจะเกิดการหักเหนอยที่สุด สีมวง มีความยาวคลื่นนอยที่สุดจะเกิดการหักเหมากที่สุด สวนสีอื่น ๆ ซึ่งมีความยาวคลื่นไมเทากัน ก็จะเกิดการหักเหไดไมเทากันดวย ลักษณะนี้จะ ทําใหแสงแตละสีเกิดการแยกออกจากกัน เรียกปรากฎการณนี้วา การกระจายของแสง 59. ทําไมเมื่อใหแสงสีขาวเชนแสงอาทิตยผานปริซึมแสงสีขาวนั้นถูกกระจายออกเปนสีตาง ๆ กัน ก. เพราะแสงเดินเปนแสงตรง ข. เพราะสีภายในวัตถุที่ใชทําปริซึม ค. เพราะแสงถูกปริซึมดูดคลื่นและปลอยออกมาบางสวน ง. เพราะแสงแตละสีหักเหไมเทากัน (ของ)
74 60. เมื่อแสงสีขาวผานปริซึมแสงสีใดมีการเบี่ยงเบนไดมากที่สุด ก. สีน้ําเงิน ข. สีเหลือง ค. สีมวง ง. สีแดง (ขอ ค) 61. มุมเบี่ยงเบนของแสงสีใดมีคานอยที่สุด ก. สีแดง ข. สีมวง ค. สีน้ําเงิน ง. สีเขียว (ขอก) 62. ปรากฎการณใดไมสามารถเกิดขึ้นไดกับแสงสีเดี่ยว (ของ) ก. การหักเห ข. การเลี้ยวเบน ค. การแทรกสอด ง. การกระจาย 4.5 รุงกินน้ํา รุงกินน้ํามักจะเกิดหลังฝนตก และเกิดใน ทิศซึ่งตรงกันขามกับพระอาทิตย ทั้งนี้เพราะ หลังฝนตกในอากาศจะมีละอองน้ําอยูมาก เมื่อ แสงตกกระทบเขาไปในละอองน้ํานี้ จะเกิดการ สะทอนกลับหมด และหักเหออกมา ทําใหสี ทั้ง 7 สีของแสงขาวเกิดการกระจายออกจากัน รุงกินน้ํามี 2 ชนิด คือ 1) รุงทุติยภูมิ รุงแบบนี้จะเกิดดานบน จริงๆ แลว แสงสีแดงจะหักเหอยูดานบนสีมวง แตสีที่มาเขาตาเรากลับเปนสีมวงอยูบนสีแดง ? 2) รุงปฐมภูมิ รุงแบบนี้จะเกิดดานลาง จริงๆ แลว แสงสีมวงจะหักเหอยูดานบนสีแดง แตสีที่มาเขาตาเรากลับเปนสีแดงอยูบนสีมวง ? ปกติแลว มักจะเกิดรุงทั้งสองชนิดซอนกันอยูใน เวลาเดียวกัน
75 ตอนที่ 5 เลนส เลนสมีอยู 2 ชนิด คือ เลนสนูน และ เลนสเวา จุด C , Cℵ = จุดศูนยกลางความโคงของเลนส จุด O = จุดกลางเลนส ระยะจาก O ถึง C = รัศมีความโคง (R) 63. จากรูป จุด C , Cℵ เรียก .................................. จุด O เรียก .................................. ระยะจาก O ถึง C เรียก .................................. 64. จุดโฟกัสของเลนสนูน คือ .................................................................................................... 65. จุดโฟกัสของเลนสเวา คือ .................................................................................................... C O C/ R R ถาเราใหรังสีที่ขนานกับเสนแกนมุขสําคัญ มา ตกกระทบเลนสนูน จะพบวา แสงหักเหไปตัดกัน ที่จุดกึ่งกลางระหวาง C กับ O ฝงตรงขามเสมอ จุดตัดนี้เรียกจุดโฟกัส (F) ระยะหางจาก O ถึง F เรียกวาความยาวโฟกัส (f ) แตเลนสเวา จะเปนเลนสกระจายแสง เมื่อยิง แสงขนานกับเสนแกนมุขสําคัญไปตกกระทบเลนส เวา แสงหักเหจะกระจายออก ตองลากเสนสมมุติ ยอนถอยออกมา จึงจะไดจุดโฟกัส และ ความยาว โฟกัส ที่สําคัญ f = 2 R เสมอ C O C/ C O C/ R R C O C/
76 การเกิดภาพโดยเลนสบาง เลนสนูน สรุป เลนสนูน สวนมากจะสรางภาพจริงหัวกลับ ยกเวนเมื่อวัตถุอยูตรงจุดโฟกัส จะไมเกิดภาพ ถาวัตถุอยูใกลกวาจุดโฟกัส จะสรางภาพเสมือนหัวตั้ง ขนาดภาพใหญกวาวัตถุ เลนสเวา สรุป เลนสเวาจะสรางแตภาพเสมือนหัวตั้งขนาดภาพเล็กกวาขนาดวัตถุ และระยะภาพสั้นกวา ระยะวัตถุเสมอ
77 66. จงเขียนการเกิดภาพโดยเลนสเวาและเลนสนูน ตามกรณีตอไปนี้ใหสมบูรณ เลนสนูน สรุป เลนสเวา ชวนสังเกตุ ลักษณะของภาพจริงที่เกิดจากการหักเห ลักษณะของภาพเสมือนที่เกิดจากการสะทอน 1. หัวกลับ 1. หัวตั้ง 2. เกิดหลังเลนส 2. เกิดหนาเลนส 3. เอาฉากมาตั้งรับได 3. เอาฉากมารับไมได แตเห็นไดดวยตาเปลา สรุป 1. 2. 3. 4. 5.
78 68. ลําแสงสีเดียวสองผานเลนส 2 อัน และรังสีเดินทางดังรูป เลนส I และเลนส II เปนเลนสอะไร ก. เปนเลนสนูนทั้งคู ข. I เปนเลนสนูน II เปนเลนสเวา ค. I เปนเลนสเวา II เปนเลนสนูน ง. เปนเลนสเวาทั้งคู (ขอ ข) 69. รังสีของแสงเบนเขาหากันที่จุด A ถานําเลนสไปวางไว ที่จุด B รังสีของแสงนี้จะเบนไปพบกันที่จุด C เลนสที่นําไปวางเปนเลนสชนิดใด อธิบาย 70. ภาพที่เกิดจากเลนสนูนจะมีขนาดเทาวัตถุเมื่อ ก. วางวัตถุไวที่จุดศูนยกลางความโคง ข. วางวัตถุไวที่จุดโฟกัส ค. วางวัตถุไวชิดขอบเลนส ง. วางวัตถุไวที่ระยะไกลมาก ๆ (ขอก) 71. ถาวัตถุเคลื่อนที่จาก 2F ไป F ทางดาน A เมื่อ F ในรูปเปนจุดโฟกัสของเลนส ภาพที่ เกิดขึ้นบนดาน R จะเคลื่อนที่จากที่ใดไปที่ใด (ขอ ข) ก. 2F ไป F ข. 2F ไประยะอนันต ค. F ไป 2F ง. F ไปเลนส 72(มช 31) เมื่อตองการดูของที่มีขนาดเล็ก เรามักจะใช “แวนขยาย” ซึ่งทําดวยเลนสนูน เพราะภาพที่เกิดจากการวางวัตถุไวหนาเลนสนูนนั้น ก. มีขนาดใหญกวาวัตถุเสมอ ข. เปนภาพเสมือนเสมอ ค. เปนภาพจริงหรือ ภาพเสมือนและมีขนาดใหญกวาวัตถุเสมอ ง. เปนภาพเสมือน ขนาดใหญกวาวัตถุที่ระยะวัตถุชวงหนึ่ง (ของ) 73(มช 35) ถาให o เปนจุดกึ่งกลางความหนาของเลนส c เปนจุดศูนยกลางของผิวโคง F เปนจุดโฟกัส U เปนวัตถุ และ I เปนภาพ อยากทราบวาการเกิดภาพจากเลนส ในรูปขางลางนี้รูปไหนถูก (ขอ ข) I II B A C 2F F F 2F A
79 สูตรที่ใชคํานวณการเกิดภาพโดยเลนสเวา และ เลนสนูน s 1 s 1 f 1 ℵ Ι[ m = y y s s ℑ ℑ ∴ m = - s f f f = 2 R เงื่อนไขการใชสมการ 1) หากเปนเลนสนูน ตองใช f มีคาเปน + หากเปนเลนสเวา ตองใช f มีคาเปน – 2) หากภาพที่เกิดเปนภาพจริง ตองใช sℑ , yℑ , m มีคาเปน + 3) หากภาพที่เกิดเปนภาพเสมือน ตองใช sℑ , yℑ , m มีคาเปน – 74. วางวัตถุไวหนาเลนสนูนอันมีความยาวโฟกัส 5 เซนติเมตร ปรากฏวาเกิดภาพจริงขึ้นที่ ระยะหางจากเลนส 10 เซนติเมตร จงหาวาวัตถุอยูหางเลนสกี่เซนติเมตร ( 10 cm ) วิธีทํา เมื่อ f = ความยาวโฟกัส s = ระยะวัตถุ sℑ = ระยะภาพ y = ระยะวัตถุ yℑ = ระยะภาพ m = กําลังขยาย R = รัศมีความโคง
80 75. วางวัตถุไวหนาเลนสเวาอันมีความยาวโฟกัส 10 เซนติเมตร ปรากฏวาเกิดภาพขึ้นที่ระยะ หางจากกระจก 5 เซนติเมตร จงหาวาวัตถุอยูหางเลนสเวากี่เซนติเมตร ( 10 cm ) วิธีทํา 76. วางวัตถุหางเลนสนูน 12 cm ทางยาวโฟกัสเลนสนูน 18 cm จงหาตําแหนงและชนิด ของภาพที่เกิด (ภาพเสมือนหางเลนส 36 cm) วิธีทํา 77(มช 45) วัตถุสูง 9.0 เซนติเมตร อยูหางจากเลนสเวา 27.0 เซนติเมตร ถาเลนสมีความยาว โฟกัส 18.0 เซนติเมตร ขนาดของภาพมีความสูงกี่เซนติเมตร (–3.6 cm) วิธีทํา 78. วางวัตถุหางจากเลนส A เปนระยะทาง 15 เซนติเมตรไดภาพเสมือนขนาดใหญกวาวัตถุ 4 เทา เลนส A ควรจะเปนเลนสชนิดใด มีความยาวโฟกัสเทาไร ( เลนสนูน f = 20 cm ) วิธีทํา
81 79. เลนสอันหนึ่งใหภาพเสมือนขนาด 3/4 เทาของวัตถุในขณะที่วัตถุอยูหนาเลนส 10 cm. จงหาวาเลนสนี้เปนเลนสชนิดใด มีความยาวโฟกัสเทาไร ( เลนสเวา f = 30 cm ) วิธีทํา 80. จากรูป จงหาตําแหนงภาพ ถาความยาวโฟกัสเลนสนูน = 30 cm. ของเลนสเวา 50 cm. วิธีทํา (33 cm ทางซายเลนสเวา) 81(En 29) วัตถุอยูทางดานซายมือของเลนสนูน (ความยาวโฟกัส 5 เซนติเมตร) ระยะทาง 10 เซนติเมตรและมีเลนสเวา (ความยาวโฟกัส 10 เซนติเมตร) ทางดานขวามือของเลนสนูนนั้น ระยะทาง 5 เซนติเมตร ภาพที่เกิดเปนดังดานขาง วัตถุ 10cm 5cm 20 cm. 40 cm.
82 ก. ภาพเสมือนอยูทางดานซายมือของเลนสเวาเปนระยะทาง 3.33 เซนติเมตร ข. ภาพจริงอยูทางดานขวามือของเลนสเวาเปนระยะทาง 10 เซนติเมตร ค. ภาพเสมือนอยูทางดานขวามือของเลนสเวาเปนระยะทาง 10 เซนติเมตร ง. ภาพจริงอยูทางดานซายมือของเลนสเวาเปนระยะทาง 10 เซนติเมตร (ขอ ข) วิธีทํา โดยทั่วไปแลว สายตาของคนปกตินั้นจะมองเห็นวัตถุไดชัดเจนที่สุดเมื่อวัตถุอยูในระยะใกล ที่สุดคือ 25 เซนติเมตร และไกลที่สุดคือที่ระยะอนันต ( Infinite ) จากตา แตสําหรับคนสายตายาว หากวัตถุอยูที่ระยะ 25 เซนติเมตร เขาจะเห็น ไมชัด ( แตอาจมอง เห็นชัดที่ระยะไกลกวานี้ เชน เห็นชัดเมื่อวัตถุอยูหาง 1เมตร เปนตน ) ดังนั้นตองใชแวนตา เลนสนูน เพื่อนําวัตถุซึ่งอยูที่ระยะ 25 เซนติเมตรนั้น ไปสรางเปนภาพเสมือน ตรงจุดใกลที่สุดที่เขามองเห็นไดชัด และสําหรับคนสายตาสั้น หากวัตถุ อยูไกลๆ เขาจะเห็นไดไมชัด ( แตหาก วัตถุอยูใกลๆ เชน 5 เมตรอาจเห็นชัด ) ดังนั้นตองใชแวนตาเลนสเวา เพื่อนํา วัตถุที่อยูไกลๆ นั้น มาสรางเปนภาพ เสมือนตรงจุดไกลสุดที่เขายังสามารถ เห็นไดชัดเจน ดังแสดงในรูป
83 82(En 36) เลนสแวนตาสําหรับคนตายาวทําหนาที่ตอผูใสแวนนั้นอยางไร 1. ยายวัตถุที่ระยะ 25 cm จากตาไปไวที่ระยะใกลสุดที่ตาเปลามองเห็นชัด 2. ยายวัตถุที่ระยะ 25 cm จากตาไปไวที่อนันต 3. ยายวัตถุที่ระยะอนันตมาไวที่ระยะใกลสุดที่ตาเปลามองเห็นชัด 4. ยายวัตถุที่ระยะอนันตมาไวที่ระยะไกลสุดที่ตาเปลามองเห็นชัด (ขอ1) ตอบ 83(มช 34) ชายผูหนึ่งสามารถอานหนังสือไดชัดเมื่อหนังสืออยูหางจากเขาไมนอยกวา 90 เซนติเมตร ดังนั้นเขาจะตองสวมแวนตาความยาวโฟกัสกี่ cm ก. 15 ข. 20 ค. 35 ง. 40 (ขอ ค) วิธีทํา 84. เลนสแวนตาสําหรับคนตาสั้นทําหนาที่ตอผูใสแวนนั้นอยางไร 1. ยายวัตถุที่ระยะ 25 cm จากตาไปไวที่ระยะใกลสุดที่ตาเปลามองเห็นชัด 2. ยายวัตถุที่ระยะ 25 cm จากตาไปไวที่อนันต 3. ยายวัตถุที่ระยะอนันตมาไวที่ระยะใกลสุดที่ตาเปลามองเห็นชัด 4. ยายวัตถุที่ระยะอนันตมาไวที่ระยะไกลสุดที่ตาเปลามองเห็นชัด (ขอ 4 ) ตอบ 85. ชายสายตาสั้นผูหนึ่งสามารถมองเห็นไดชัดเจนในระยะไกลสุดเพียง 5 เมตร เทานั้น ดังนั้นเขาจะตองสวมแวนตาความยาวโฟกัสกี่ cm ก. 150 ข. 200 ค. 400 ง. 500 (ขอ ง ) วิธีทํา
84 ตอนที่ 6 ทัศนอุปกรณ 6.1 เครื่องฉายภาพนิ่ง หลักการทํางานของเครื่องฉายภาพนิ่ง เปนเปนตามที่แสดงในแผนภาพตอไปนี้ เนื่องจากภาพที่เกิดบนฉาก จะเปนภาพจริงหัวกลับ ดังนั้นเวลาใสฟลมจึงตองกลับหัว ฟลมลงเสมอ 86. เหตุใดเวลาใสฟลมเครื่องฉายภาพนิ่งตองกลับหัวฟลมเสมอ ................................................ 6.2 กลองถายรูป หลักการทํางานของกลองถายรูป เปนเปนตามที่แสดงในแผนภาพตอไปนี้ นอกจากนี้ในกลองถายรูปจะมี อุปกรณเสริมดังนี้ วงแหวนปรับความชัด ใชปรับ เลื่อนเลนสเพื่อปรับความ คมชัดของภาพ ไดอะแฟรม เปนชองกลมปรับ ยอขยายขนาดได เพื่อปรับแตงปริมาณแสงใหเขามากนอยตามความพอดี ชัตเตอร เปนแผนทึบแสงคอบกั้นแสงและปดเปดเมื่อตองการถายรูป หากปริมาณแสงมีมาก ตองปรับความเร็วชัตเตอรใหปดเปดอยางรวดเร็ว หากปริมาณแสงมีนอย ตองปรับความเร็วชัตเตอรใหปดเปดอยางชาๆ 87. ภาพที่เกิดบนฟลมถายรูปจะเปนภาพ ............................................. 88. จงบอกประโยชนของ วงแหวนปรับความชัด ..................................................................... ไดอะแฟรม .......................................................ชัตเตอร ..........................................................
85 6.3 กลองจุลทรรศน หลักการทํางานของกลองจุลทรรศน เปนเปนตามที่แสดงในแผนภาพตอไปนี้ ภาพแรกที่เกิดในกลองจุลทรรศนจะเปนภาพจริงหัวกลับ สวนภาพที่เกิดที่เรามองเห็น จะเปนภาพเสมือนของภาพแรกนั้น ภาพที่เรามองเห็นจึงเปนภาพหัวกลับเมื่อเทียบกับวัตถุ เริ่มตน และภาพสุดทายนี้ควรเกิดหางจากตาไมนอยกวา 25 Cm เพื่อใหมองสบายตา 89. ภาพที่เกิดในกลองจุลทรรศนจะเปนภาพ .......................................... 90. ภาพที่มองเห็นจากกลองจุลทรรศนจะเปนภาพ ............... ของภาพที่เกิดตอนแรก 6.4 กลองโทรทัศน หลักการทํางานของกลองโทรทัศน เปนเปนตามที่แสดงในแผนภาพตอไปนี้ ภาพที่เกิดจากเลนสใกลวัตถุจะเปนภาพจริงหัวกลับเกิดที่จุดโฟกัสของเลนสใกลวัตถุนั้น และเมื่อใหภาพนี้อยูใกลจุดโฟกัสเลนสใกลตา จะเกิดภาพเสมือนของภาพแรกนี้ แลวเราจะมอง ดูภาพเสมือนที่เกิดนี้ ดังนั้นภาพที่เห็นจึงเปนภาพหัวกลับเมื่อเทียบกับวัตถุเริ่มตน
86 ความยาวของกลองโทรทัศนจะมีคาประมาณ ความยาวโฟกัสของเลนสทั้งสองรวมกัน ปจจุบันเราสามารถทําใหภาพเสมือนที่มองเห็นเปนภาพหัวตั้ง โดยไสเลนสนูนตัวที่ 3 แทรกไวระหวางเลนสใกลวัตถุกับเลนสใกลตาดังรูป เนื่องจากกลองโทรทัศนจะมีขนาดที่ยาวมาก แตหากเราใชปริซึมเขาชวยจะสามารถลดความยาว ของกลองไดดังรูป วิธีการเชนนี้จะใชกับกลองสอง ทางไกล 91. เลนสไกลวัตถุของกลองโทรทรรศนทําหนาที่ ..................................................................... 92. เลนสใกลตาจะสรางภาพ..............ของภาพที่เกิดตอนแรก 93. ความยาวกลองจุลทรรศนจะเทากับ................. ................. ................. ................. .............. 94. เลนสตัวที่ 3 ที่ใสแทรกเขาไปในกลองโทรทรรศน ทําหนาที่ ........................................... 95. ปริซึมที่ใสแทรกเขาไปในกลองโทรทรรศน ทําหนาที่ ........................................................ ⌫⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌦ ตอนที่ 7 ความสวาง ความสวางบนพื้นผิวใด ๆ สามารถคํานวณหาคาได จากสมการ E = A F หรือ E = R2 I เมื่อ E คือ ความสวาง (ลูเมน/m2 . Lux) F คือ อัตราการใหพลังงานแสง หรือ ฟลักซสองสวาง (ลูเมน) [ ปริมาณพลังงานแสงที่สองออกมาจากแหลงกําเนิดตอหนึ่งหนวยเวลา ] A คือ พื้นที่รับแสง (m2)
87 I คือ ความเขมแหงการสองสวาง (แคนเดลลา) [ ความสามารถในการเปลงแสงออกจากแหลงกําเนิด ] R คือ ระยะจากแหลงกําเนิดแสง วัดมาตั้งฉากกับพื้นที่ (m) 96. หลอดฟลูออเรสเซนต 1 หลอด ใหอัตราพลังงานแสงได 2700 ลูเมน จงหาความสวาง บนโตะพื้นที่ 5 ตารางเมตร จากหลอดไฟ 2 หลอดเปนเทาไร ก. 1080 ลักซ ข. 880 ลักซ ค. 640 ลักซ ง. 540 ลักซ (ขอก) วิธีทํา 97(En 37) พลังงานแสงเทากับ 1,000 ลูเมน เมื่อใชไประยะหนึ่งประสิทธิภาพของหลอดใน การใหพลังงานแสงเหลือเพียง 80% ถาตองการฉายภาพใหมีความสวางเฉลี่ยบนจอ 250 ลักซ ภาพที่ฉายจะมีขนาดใหญมากที่สุดไดกี่ตารางเมตร 1. 2.8 2. 3.2 3. 3.6 4. 4.0 (ขอ 2) วิธีทํา 98(มช 36) หลอดไฟ 64 วัตต มีความเขมแหงการสองสวาง 36 แคนเดลา ถาตองการความ สวางบนโตะอานหนังสือ 144 ลักซ จะตองแขวนหลอดไฟสูงจากโตะเปนระยะกี่เมตร ก. 0.5 ข. 0.67 ค. 1.5 ง. 2.25 (ขอก) วิธีทํา
88 99(En 41) เครื่องฉายภาพยนตรเครื่องหนึ่งใหความสวางเฉลี่ยบนจอ 500 ลักซ เมื่อฉายที่ ระยะหางจากจอ 10 เมตร ถาเลื่อนเครื่องฉายไปเปน 1.5 เทาของระยะเดิม ความสวาง บนจอจะเปนเทาใด 1. 200 lx 2. 220 lx 3. 250 lx 4. 280 lx (ขอ 2) วิธีทํา ⌫⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌦ ตอนที่ 8 เงามืด เงามัว
89 100. แหลงกําเนิดแสงเปนดวงไฟกลมรัศมี 5 ซม. อยูหางจากวัตถุทึบทรงกลมรัศมี 3 ซม. เปนระยะ 2 เมตรจงหาเสนผานศูนยกลางของเงามืดและเงามัวที่ปรากฎบนฉากที่อยูหาง จากวัตถุออกไป 1 เมตร (4 cm, 14 cm) วิธีทํา 101. แหลงกําเนิดแสงเปนดวงไฟกลมเสนผานศูนยกลาง 6 เซนติเมตร เมื่อนําวัตถุทึบแสง ทรงกลมที่มีเสนผานศูนยกลาง 4 เซนติเมตร มากั้นแสงที่ระยะหางจากดวงไฟเปนระยะ 3.5 เมตร จงหาระยะที่จะวางจอไวดานหลังทรงกลมเปนระยะหางอยางนอยเทาไร จึงจะ ทําใหเกิดเงามัวบนจออยางเดียวและหาขนาดเสนผานศูนยกลางของเงามัวนั้น วิธีทํา (7 m, 24 cm ) ⌫⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌦
90 แบบฝกหัด ฟสิกส บทที่ 14 แส งและทัศนอุปกรณ การสะทอนแสงและกระจก 1. กระจกเวาบานหนึ่งมีรัศมีความโคง 40 เซนติเมตรจงหาตําแหนงชนิดและกําลังขยายของ ภาพเมื่อวางวัตถุไวณ ตําแหนงที่หางจากกระจก ก) ไกลมากๆ ข) 60 ซม. ค.) 40 ซม. ง) 30 ซม. จ) 10 ซม. ฉ) 20 ซม. ( ก. 20 cm , m = 0 ข. 30 cm , m = 0.5 ค. 40 cm , m = 1 ง. 60 cm, m = 2 จ. –20 cm , m = –2 ฉ. ϒ , m = ϒ ) 2. กระจกนูนบานหนึ่งมีรัศมีความโคง 20 เซนติเมตร จงหาชนิด ตําแหนงและกําลังขยายของ ภาพเมื่อวางวัตถุไวณ ตําแหนงที่หางจากกระจก ก. ไกลมากๆ ข. 40 ซม. ค. 10 ซม. ( ก. –10 cm , m = 0 ข. –8 cm , m = –0.2 ค. –5 cm , m = –0.5 ) 3. ถาจะใหเกิดภาพหลังจากกระจกนูน 40 เซนติเมตร กระจกนูนมีรัศมีความโคง120 เซนติ- เมตร จะตองวางวัตถุหางจากกระจกนูนเทาไร (120 cm) 4. วางวัตถุไวหนากระจกโคงหางกระจก 4 เซนติเมตร เกิดภาพเสมือนหางกระจก 2 เซนติ- เมตร จงหาความยาวโฟกัส และชนิดของกระจก (–4 cm เปนกระจกนูน) 5. วัตถุสูง 10 เซนติเมตร อยูหาง 10 เซนติเมตร จากกระจกเวาซึ่งมีรัศมีความโคง 40 เซนติ- เมตร จงหาขนาดของภาพ ( 20 cm) 6. เมื่อวางวัตถุหนากระจกโคงหาง 25 เซนติเมตร ปรากฎวาไดภาพจริงขนาด 2 เทาของวัตถุ บนฉากจงหาชนิดและรัศมีความโคงของกระจก (กระจกเวา R = 100/3 cm) 7. จงหาชนิดและความยาวโฟกัสของกระจกโคงที่ใหภาพขนาด 4 1 เทาของวัตถุเมื่อวัตถุวาง หางกระจก 40 เซนติเมตร (กระจกเวา f = 8 cm) 8. กระจกเวา 2 บาน มีรัศมีความโคงบานละ 20 เซนติเมตรวางหันหนาเขาหากันหางกัน 30 เซนติเมตร นําวัตถุสูง 10 เซนติเมตรวางหางกระจกบานแรกเปนระยะ 5 เซนติเมตร จงหาตําแหนงชนิดและขนาดของภาพที่เกิดจากการสะทอนของแสงระหวางกระจก 2 บาน ใหสะทอนบานใกลวัตถุกอน (หนากระจกบานที่สอง 3 40 cm , ขนาด 3 20 cm)
91 9. วัตถุสูง 5 เซนติเมตรวางหางจากกระจกนูน 15 เซนติเมตรกระจกนูนมีรัศมีความโคง 20 เซนติเมตรกระจกราบบานหนึ่งวางหันหนาเขาหากระจกนูน หางจากกระจกนูน 20 เซนติเมตร จงหาตําแหนงของภาพซึ่งเกิดจากรังสีของแสง ซึ่งสะทอนที่กระจกนูนกอน จากนั้นสะทอน ที่กระจกราบ (หลังกระจกราบ 26 cm) การหักเหของแสง และปรากฏการณที่เกี่ยวกับการสะทอนแสง 10.แสงเคลื่อนที่จากตัวกลาง A ไปยังตัวกลาง B มีมุมตกกระทบ 30o และมีมุมหักเหเปน 37o จงหาดัชนีหักเหของตัวกลาง B เทียบกับตัวกลาง A (6 5 ) 11.ถาดัชนีหักเหของน้ําและแกวเปน 3 4 และ 2 3 ตามลําดับ จงหาดัชนีหักเหของน้ําเทียบ กับแกวมีคาเทาใด (9 8 ) 12.แสงเคลื่อนที่จากตัวกลาง (1) ซึ่งมีดัชนีหักเห 2 3 ไปยังตัวกลาง (2) ซึ่งมีดัชนีหักเห 5 6 ดวยมุมตกกระทบ 30o จงหามุมหักเหในตัวกลาง (2) (sin–1 8 5 ) 13.แสงสีหนึ่งมีความยาวคลื่น 600 นาโนเมตรในอากาศและมีอัตราเร็ว 3x108 เมตร/วินาที ถาดัชนีหักเหของแกวเปน 2 3 จงหาความถี่อัตราเร็วและความยาวคลื่นของแสงในแกว (2x108 m/s , 4x10–7m) 14. แสงเคลื่อนที่ผานตัวกลางดวยอัตราเร็ว 2.25 x 108 เมตร/วินาที อยากทราบวาตัวกลางนี้มี คาดัชนีหักเหเทาใด (1.33) 15. ดัชนีหักเหของแกวมีคา 1.5 จงหาอัตราเร็วของแสงในแกวเปนเทาใด (2x108 m/s ) 16.ถาเพชรมีดัชนีหักเห 2.42 มุมวิกฤตของเพชรจะมีคาเทาใด (sin–10.413) 17.ผลึกใสชนิดหนึ่งมีคาดัชนีหักเห 2 และของเหลวชนิดหนึ่งมีคาดัชนีหักเห 3 4 จงหามุม วิกฤตระหวางผลึกใสและของเหลวนี้ (sin–1 3 2 ) 18. เมื่อแสงเคลื่อนที่จากแกวดัชนีหักเห 2 3 สูอากาศ จงหามุมตกกระทบที่ทําใหแสงเกิดการ สะทอนกลับหมดในแกว (sin–1 3 2 )
92 19. จากรูป แสงเคลื่อนที่จากผลึกใสไปสูของเหลว แลวเคลื่อนที่ตอไปยังอากาศ ทําใหเกิดมุมวิกฤต จงหาดัชนีหักเหของผลึกใส ( 2 ) 20. จากรูป แสงเดินทางจากตัวกลางที่ 1 ผานตัวกลาง ที่ 2 ตัวกลางที่ 3 ไปสูตัวกลางที่ 4 โดยผานรอย ตอตัวกลาง A, B, C ซึ่งขนานกัน จงหาดัชนีหักเห ของตัวกลางที่ 1 เทียบกับตัวกลางที่ 4 ( 4 3 ) 21. ปลาตัวหนึ่งวายอยูในน้ําลึก 1 เมตรและมีแมลงวันอีกตัวหนึ่งบินอยูเหนือน้ํา หาง 1 เมตร เชนกัน ถาแมลงวันบินอยูเหนือตัวปลาพอดีอยากทราบวาแมลงวันมองเห็นปลาอยูลึกจากผิว น้ําเทาไรและปลามองเห็นแมลงวันอยูหางจากผิวน้ําเทาไรถาดัชนีหักเหของน้ําเทากับ ( 4 3 , 3 4 เมตร) 22. ชายคนหนึ่งอยูบนเรือ มองลงตรงๆ ในน้ําเห็นปลาอยูลึกจากผิวน้ํา 27 เซนติเมตร ซึ่งพบวา ผิดความจริงไป 9 เซนติเมตรจงหาดัชนีหักเหของน้ํา ( 3 4 ) 23. แทงแกวสี่เหลี่ยมหนา 6 เซนติเมตร มีคาดัชนีหักเห 1.5 วางทับกระดาษ อยากทราบวาถา มองผานแทงแกวนี้ลงไปตรงๆ จะเห็นตัวอักษรบนกระดาษลอยสูงจากกระดาษขึ้นมาเทาไร (2 cm) เลนส 24. เลนสนูนความยาวโฟกัส 10 เซนติเมตรเมื่อวางวัตถุสูง 5 เซนติเมตรไวหางจากเลนส 15 เซนติเมตรจงหาชนิดตําแหนงและขนาดของภาพ (ภาพจริงอยูหลังเลนส 30 cm,สูง10 cm) 25. เลนสเวามีความยาวโฟกัส 20 ซม. จะตองวางวัตถุไวที่ตําแหนงใดจึงจะใหภาพมีขนาด 4 1 เทาของวัตถุ (60 cm) 26.วางวัตถุไวหนาเลนสเวาหางจากเลนส 15 เซนติเมตร เกิดภาพหางจากเลนส 10 เซนติเมตร จงหาความยาวโฟกัสของเลนสเวา (30 cm) อากาศ ของเหลว ผลึกใส 60o 30o 53o 53o C B A (4) (3) (2) (1)
93 27. เลนสนูน 2 อัน ความยาวโฟกัสอันละ 10 เซนติเมตรวางหางกัน 35 เซนติเมตรอยูบน แกนมุขสําคัญเดียวกัน วัตถุสูง 5 เซนติเมตรวางอยูหนาเลนสทั้งสองและอยูหางจากเลนส อันใกล 15 เซนติเมตรจงหาตําแหนงชนิดและขนาดของภาพที่เกิดจากแสงหักเหผานเลนส ทั้งสองแลว (ภาพเสมือนสูง 10 cm อยูหนาเลนส L2 หาง 10 cm) 28. เลนสนูนและเลนสเวาความยาวโฟกัสเทากัน 20 เซนติเมตรวางอยูในแนวแกนมุขสําคัญ เดียวกันและหางกัน 30 เซนติเมตรวัตถุวางอยูหนาเลนสนูนหาง 40 เซนติเมตรจงหาชนิด ตําแหนงและกําลังขยายของภาพ (ภาพจริงขยาย 2 เทา หลังเลนสเวา 20 cm) ทัศนอุปกรณ 29. กลองสองพระอันหนึ่งมีความยาวโฟกัส 5 เซนติเมตร ตองการสองดูพระสมเด็จใหเห็น ภาพชัดที่สุดตองวางพระหางจากเลนสของกลองสองเทาไรและจะเห็นภาพมีกําลังขยายกี่เทา (6 เทา) 30. เครื่องฉายสไลดขนาด 2.5 x 3.5 เซนติเมตรใหภาพปรากฏชัดเจนบนจอภาพซึ่งหางออกไป 5 เมตรโดยเลนสฉายภาพ มีความยาวโฟกัส 25 เซนติเมตรจะไดภาพมีขนาดขยายเทาไร และภาพมีพื้นที่เทาไร (ขยาย19 เทา, พื้นที่ = 3158.75 cm2) ความสวาง 31. หลอดฟลูออเรสเซนต 1 หลอด ใหอัตราพลังงานแสงได 2500 ลูเมน จงหาความสวาง บนโตะพื้นที่ 5 ตารางเมตร จากหลอดไฟ 4 หลอดเปนเทาไร (2000 ลักซ) 32. พลังงานแสงเทากับ 1000 ลูเมน เมื่อใชไประยะหนึ่งประสิทธิภาพของหลอดในการใหพลัง งานแสงเหลือเพียง 60% ถาตองการฉายภาพใหมีความสวางเฉลี่ยบนจอ 300 ลักซ ภาพที่ ฉายจะมีขนาดใหญมากที่สุดไดกี่ตารางเมตร (2 ) 33. หลอดไฟ 64 วัตต มีความเขมแหงการสองสวาง 36 แคนเดลา ถาตองการความสวางบน โตะอานหนังสือ 144 ลักซ จะตองแขวนหลอดไฟสูงจากโตะเปนระยะกี่เมตร ก. 0.5 ข. 0.67 ค. 1.5 ง. 2.25 (ขอก) 34. เครื่องฉายภาพยนตรเครื่องหนึ่งใหความสวางเฉลี่ยบนจอ 300 ลักซ เมื่อฉายที่ระยะหาง จากจอ 5 เมตร ถาเลื่อนเครื่องฉายไปเปน 2 เทาของระยะเดิม ความสวางบนจอจะเปน เทาใด ( 75 ลักซ) ⌫⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌦
94 เฉลยแบบฝกหัด ฟสิกส บทที่ 14 แสงและทัศนอุปกรณ (บางขอ) 29. ตอบ 6 เทา วิธีทํา เมื่อเห็นภาพชัดที่สุดแสดงวาระยะภาพ (sℵ) = –25 cm (ภาพเสมือน) โจทยตองการหาระยะวัตถุ (s) จาก f 1 = s 1 + s 1 ℵ s 1 = f 1 – s 1 ℵ s 1 = 5 1 + 25 1 s = 6 25 = 4.17 cm และ m = s sℵ = 4.17 25 = 6 เทา ดังนั้น ตองวางพระหางจากเลนส 4.17 ซม. และเห็นภาพมีกําลังขยาย 6 เทา ⌫⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌦ 30. ตอบ 19 เทา , พื้นที่ 3158.75 ตารางเซนติเมตร วิธีทํา ตองการหากําลังขยาย (m) ตองรู sℵ , s จากโจทยรู sℵ = 5 m. ตองหา s กอน จาก f 1 = s 1 + s 1 ℵ s 1 = f 1 – s 1 ℵ s 1 = 25 1 – 500 1 s 1 = 500 20 Κ1 s = 19 500 จาก m = s sℵ กําลังขยาย = 500 500 x 19 = 19 เทา พื้นที่ภาพที่ปรากฎบนจอ = (2.5 x 19) x (3.5 x 19) = 3158.75 cm2 ดังนั้น ภาพมีขนาดขยาย 19 เทาและภาพมีพื้นที่ 3158.75 ตารางเซนติเมตร ⌫⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌫⌦⌦