Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип Д25 C5 № 3691
i

Школь­ник на уроке фи­зи­ки по­лу­чил во­гну­тое по­лу­сфе­ри­че­ское зер­ка­ло ра­ди­у­сом R и ла­зер­ную указ­ку, да­ю­щую узкий па­рал­лель­ный пучок света с дли­ной волны \lambda =660 нм. Он пу­стил луч света от указ­ки па­рал­лель­но глав­ной оп­ти­че­ской оси зер­ка­ла OO' на рас­сто­я­нии х от нее (см. рис.). Затем школь­ник так по­до­брал рас­сто­я­ние х, что луч, от­ра­зив­шись от зер­ка­ла один раз, от­кло­нил­ся от оси OO' на мак­си­маль­ный угол \varphi и вышел за пре­де­лы зер­ка­ла. Чему при таком от­ра­же­нии равен мо­дуль из­ме­не­ния им­пуль­са каж­до­го фо­то­на ла­зер­но­го луча?

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

По­стро­им, со­глас­но за­ко­ну от­ра­же­ния света, ход край­не­го луча при од­но­крат­ном его от­ра­же­нии от зер­ка­ла (см. рис.). Угол па­де­ния луча на зер­ка­ло равен углу  альфа между лучом и ра­ди­у­сом зер­ка­ла, про­ве­ден­ным в точку А па­де­ния этого луча. Угол от­ра­же­ния также равен  альфа , и край­ний от­ра­жен­ный луч дол­жен, оче­вид­но, ка­сать­ся края по­лу­сфе­ри­че­ско­го зер­ка­ла в точке В.

Тре­уголь­ник ОАВ в силу ра­вен­ства OA = OB = R яв­ля­ет­ся рав­но­бед­рен­ным, \angleOBA= альфа . При этом

\angle A плюс \angle B= 90 гра­ду­сов,

2 альфа плюс альфа =90 гра­ду­сов рав­но­силь­но альфа =30 гра­ду­сов.

Угол от­кло­не­ния край­не­го луча \varphi =2 альфа = 60 гра­ду­сов. Таким об­ра­зом, луч ла­зер­ной указ­ки в ре­зуль­та­те от­ра­же­ния от­кло­ня­ет­ся от глав­ной оп­ти­че­ской оси зер­ка­ла на мак­си­маль­ный угол \varphi =60 гра­ду­сов .

При от­ра­же­нии света от зер­ка­ла им­пульс фо­то­на \vecp по­во­ра­чи­ва­ет­ся на угол 180 гра­ду­сов минус \varphi =120 гра­ду­сов, а мо­дуль им­пуль­са фо­то­на не ме­ня­ет­ся и оста­ет­ся рав­ным p= дробь: чис­ли­тель: h, зна­ме­на­тель: \lambda конец дроби . Сле­до­ва­тель­но, век­тор из­ме­не­ния им­пуль­са фо­то­на \Delta \vecp яв­ля­ет­ся ос­но­ва­ни­ем рав­но­бед­рен­но­го тре­уголь­ни­ка с бо­ко­вы­ми сто­ро­на­ми дли­ной p и углом 30 гра­ду­сов при ос­но­ва­нии. По­это­му ис­ко­мый мо­дуль из­ме­не­ния им­пуль­са фо­то­на равен

\Delta p=2p ко­си­нус 30 гра­ду­сов = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та p= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та дробь: чис­ли­тель: h, зна­ме­на­тель: \lambda конец дроби \approx 1,7 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 27 пра­вая круг­лая скоб­ка кг умно­жить на м/с.

 

Ответ: \Delta p= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та p= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та дробь: чис­ли­тель: h, зна­ме­на­тель: \lambda конец дроби \approx 1,7 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 27 пра­вая круг­лая скоб­ка кг умно­жить на м/с.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния от­ве­та на за­да­ние С6 Баллы
При­ве­де­но пол­ное ре­ше­ние, вклю­ча­ю­щее сле­ду­ю­щие эле­мен­ты:
I) за­пи­са­ны по­ло­же­ния тео­рии и фи­зи­че­ские за­ко­ны, за­ко­но­мер­но­сти, при­ме­не­ние ко­то­рых не­об­хо­ди­мо для ре­ше­ния за­да­чи вы­бран­ным спо­со­бом;
II) опи­са­ны все вво­ди­мые в ре­ше­нии бук­вен­ные обо­зна­че­ния фи­зи­че­ских ве­ли­чин (за ис­клю­че­ни­ем обо­зна­че­ний кон­стант, ука­зан­ных в ва­ри­ан­те КИМ, и обо­зна­че­ний, ис­поль­зу­е­мых в усло­вии за­да­чи);
III) про­ве­де­ны не­об­хо­ди­мые ма­те­ма­ти­че­ские пре­об­ра­зо­ва­ния (до­пус­ка­ет­ся вер­баль­ное ука­за­ние на их про­ве­де­ние) и рас­че­ты, при­во­дя­щие к пра­виль­но­му чис­ло­во­му от­ве­ту (до­пус­ка­ет­ся ре­ше­ние «по ча­стям» с про­ме­жу­точ­ны­ми вы­чис­ле­ни­я­ми);
IV) пред­став­лен пра­виль­ный ответ с ука­за­ни­ем еди­ниц из­ме­ре­ния ис­ко­мой ве­ли­чи­ны.
3
Пра­виль­но за­пи­са­ны все не­об­хо­ди­мые по­ло­же­ния тео­рии, фи­зи­че­ские за­ко­ны, за­ко­но­мер­но­сти, и про­ве­де­ны не­об­хо­ди­мые пре­об­ра­зо­ва­ния. Но име­ют­ся сле­ду­ю­щие не­до­стат­ки.
За­пи­си, со­от­вет­ству­ю­щие пунк­ту II, пред­став­ле­ны не в пол­ном объ­е­ме или от­сут­ству­ют.

ИЛИ

В ре­ше­нии лиш­ние за­пи­си, не вхо­дя­щие в ре­ше­ние (воз­мож­но, не­вер­ные), не от­де­ле­ны от ре­ше­ния (не за­черк­ну­ты, не за­клю­че­ны в скоб­ки, рамку и т. п.).

ИЛИ

В не­об­хо­ди­мых ма­те­ма­ти­че­ских пре­об­ра­зо­ва­ни­ях или вы­чис­ле­ни­ях до­пу­ще­ны ошиб­ки, и (или) пре­об­ра­зо­ва­ния/вы­чис­ле­ния не до­ве­де­ны до конца.

ИЛИ

От­сут­ству­ет пункт IV, или в нем до­пу­ще­на ошиб­ка.

2
Пред­став­ле­ны за­пи­си, со­от­вет­ству­ю­щие од­но­му из сле­ду­ю­щих слу­ча­ев.
Пред­став­ле­ны толь­ко по­ло­же­ния и фор­му­лы, вы­ра­жа­ю­щие фи­зи­че­ские за­ко­ны, при­ме­не­ние ко­то­рых не­об­хо­ди­мо для ре­ше­ния за­да­чи, без каких-⁠либо пре­об­ра­зо­ва­ний с их ис­поль­зо­ва­ни­ем, на­прав­лен­ных на ре­ше­ние за­да­чи, и от­ве­та.

ИЛИ

В ре­ше­нии от­сут­ству­ет ОДНА из ис­ход­ных фор­мул, не­об­хо­ди­мая для ре­ше­ния за­да­чи (или утвер­жде­ние, ле­жа­щее в ос­но­ве ре­ше­ния), но при­сут­ству­ют ло­ги­че­ски вер­ные пре­об­ра­зо­ва­ния с име­ю­щи­ми­ся фор­му­ла­ми, на­прав­лен­ные на ре­ше­ние за­да­чи.

ИЛИ

В ОДНОЙ из ис­ход­ных фор­мул, не­об­хо­ди­мых для ре­ше­ния за­да­чи (или в утвер­жде­нии, ле­жа­щем в ос­но­ве ре­ше­ния), до­пу­ще­на ошиб­ка, но при­сут­ству­ют ло­ги­че­ски вер­ные пре­об­ра­зо­ва­ния с име­ю­щи­ми­ся фор­му­ла­ми, на­прав­лен­ные на ре­ше­ние за­да­чи.

1
Все слу­чаи ре­ше­ния, ко­то­рые не со­от­вет­ству­ют вы­ше­ука­зан­ным кри­те­ри­ям вы­став­ле­ния оце­нок в 1, 2, 3 балла 0
Мак­си­маль­ное ко­ли­че­ство бал­лов 3
Раздел кодификатора ФИПИ/Решу ЕГЭ:
Гость 22.05.2014 21:45

Разве луч, иду­щий па­рал­лель­но оп­ти­че­ской оси не дол­жен после от­ра­же­ния про­хо­дить через фокус? Фокус равен по­ло­ви­не ра­ди­у­са. Если это так то тогда со­всем дру­гая гео­мет­рия по­лу­чит­ся

Сергей Никифоров

Здрав­ствуй­те!

Толь­ко па­рак­си­аль­ные лучи, после от­ра­же­ния в сфе­ри­че­ском зер­ка­ле про­хо­дят через фокус, рас­по­ло­жен­ный на рас­сто­я­нии R/2 от зер­ка­ла. Па­рак­си­аль­ные лучи — это лучи, про­хо­дя­щие очень близ­ко к оп­ти­че­ской оси или под очень ма­лы­ми уг­ла­ми к ней.