भौतिकशास्त्र प्रकाशिकी
मुख्य संकल्पना आणि सूत्रे
| # | संकल्पना | झटपट स्पष्टीकरण |
|---|---|---|
| 1 | परावर्तनाचा नियम | θᵢ = θᵣ (आपाती कोन = परावर्ती कोन) |
| 2 | अपवर्तनांक | n = c/v = sin i/sin r (गतीचे गुणोत्तर आणि स्नेलचा नियम) |
| 3 | आरसा सूत्र | 1/f = 1/v + 1/u (f = नाभीय अंतर, u = वस्तू, v = प्रतिमा) |
| 4 | भिंग सूत्र | 1/f = 1/v - 1/u (चिन्ह संकेत: वास्तव = धन) |
| 5 | भिंगाची क्षमता | P = 1/f (डायॉप्टरमध्ये, f मीटरमध्ये) |
| 6 | पूर्ण आंतरिक परावर्तन | घडते जेव्हा n₁ > n₂ आणि θ > θc = sin⁻¹(n₂/n₁) |
| 7 | विशालन | m = h’/h = -v/u (ऋण = उलटी प्रतिमा) |
10 सराव बहुपर्यायी प्रश्न
Q1. रेल्वेच्या हेडलाइटमुळे प्रकाशाची समांतर किरणपुंज निर्माण होते. कोणता आरसा वापरला जातो? A) अवतल B) उत्तल C) समतल D) वृत्तचितीय
उत्तर: A) अवतल
उपाय: जेव्हा वस्तू अवतल आरशाच्या नाभीवर (f) ठेवली जाते, तेव्हा परावर्तीत किरण समांतर होतात. रेल्वेच्या हेडलाइट्समध्ये हे तत्त्व वापरले जाते.
शॉर्टकट: “हेडलाइट्सना समांतर किरणपुंज हवे → नाभीवर अवतल आरसा”
संकल्पना: भौतिकशास्त्र प्रकाशिकी - आरशांचे उपयोग
Q2. काचेमध्ये (n=1.5) प्रकाशाचा वेग ×10⁸ m/s आहे: A) 3.0 B) 2.0 C) 1.5 D) 4.5
उत्तर: B) 2.0
उपाय: v = c/n = (3×10⁸)/1.5 = 2×10⁸ m/s
शॉर्टकट: दाट माध्यमात वेग कमी होतो → n ने भागा
संकल्पना: भौतिकशास्त्र प्रकाशिकी - अपवर्तनांक
Q3. प्लॅटफॉर्मवरील आरसा 2m आरशाच्या मागे उभी प्रतिमा निर्माण करतो. वस्तूचे अंतर आहे: A) 1m B) 2m C) 4m D) 0.5m
उत्तर: B) 2m
उपाय: समतल आरसा: प्रतिमेचे अंतर = वस्तूचे अंतर
शॉर्टकट: समतल आरसा → प्रतिमेचे अंतर = वस्तूचे अंतर
संकल्पना: भौतिकशास्त्र प्रकाशिकी - समतल आरशाचे गुणधर्म
Q4. रेल्वे सिग्नल भिंगाची क्षमता +5D आहे. त्याचे नाभीय अंतर आहे: A) 5cm B) 20cm C) 50cm D) 2cm
उत्तर: B) 20cm
उपाय: f = 1/P = 1/5 = 0.2m = 20cm
शॉर्टकट: f(cm) = 100/P(D)
संकल्पना: भौतिकशास्त्र प्रकाशिकी - भिंगाची क्षमता
Q5. काच-पाणी आंतरपृष्ठासाठी क्रांतिक कोन (n_काच=1.5, n_पाणी=1.33): A) 62.5° B) 48.6° C) 41.8° D) 30.2°
उत्तर: A) 62.5°
उपाय: θc = sin⁻¹(n₂/n₁) = sin⁻¹(1.33/1.5) = sin⁻¹(0.887) = 62.5°
शॉर्टकट: θc = sin⁻¹(विरल/दाट)
संकल्पना: भौतिकशास्त्र प्रकाशिकी - पूर्ण आंतरिक परावर्तन
Q6. 6m उंच विद्युत खांब 3m सावली निर्माण करतो. जर स्टेशन इमारतीची सावली 24m असेल, तर तिची उंची आहे: A) 12m B) 48m C) 36m D) 24m
उत्तर: B) 48m
उपाय: समरूप त्रिकोण वापरून: h₁/h₂ = s₁/s₂ → 6/h = 3/24 → h = 48m
शॉर्टकट: उंची ∝ सावलीची लांबी (समान वेळ)
संकल्पना: भौतिकशास्त्र प्रकाशिकी - सावली निर्मिती आणि समरूप त्रिकोण
Q7. उत्तल आरसा (f=20cm) वस्तू जेव्हा येथे असते तेव्हा 10cm वर प्रतिमा दाखवतो: A) 30cm B) 20cm C) 15cm D) 10cm
उत्तर: B) 20cm
उपाय: 1/f = 1/v + 1/u हे सूत्र f=+20cm, v=+10cm सह वापरून → 1/20 = 1/10 + 1/u → u = -20cm
शॉर्टकट: उत्तल आरसा: आभासी प्रतिमा नेहमी वस्तूपेक्षा जवळ
संकल्पना: भौतिकशास्त्र प्रकाशिकी - आरसा सूत्र
Q8. दोन प्लॅटफॉर्म दिवे 60m अंतरावर असून दुर्बिणीतून पाहिल्यावर एकत्रित दिसतात ज्याचा कोनीय विभेदन 0.01° आहे. कमाल पाहण्याचे अंतर आहे: A) 34.4km B) 3.44km C) 344m D) 344km
उत्तर: A) 34.4km
उपाय: d = s/θ = 60/(0.01×π/180) = 60×180×7/22 = 34,363m ≈ 34.4km
शॉर्टकट: d(km) ≈ s(m)/θ(degrees)×57.3
संकल्पना: भौतिकशास्त्र प्रकाशिकी - कोनीय विभेदन
Q9. एक रेल्वे 440Hz च्या शिटीखालून जाते. जर 400Hz म्हणून ऐकू आले, तर रेल्वेचा वेग आहे (ध्वनीचा वेग=340m/s): A) 34m/s B) 30.9m/s C) 27.6m/s D) 25m/s
उत्तर: B) 30.9m/s
उपाय: f’ = f(v-v₀)/v → 400 = 440(340-v)/340 → v = 340(1-400/440) = 30.9m/s
शॉर्टकट: Δf/f ≈ v_रेल्वे/v_ध्वनी (v«v_ध्वनी साठी)
संकल्पना: भौतिकशास्त्र प्रकाशिकी - डॉपलर परिणाम
Q10. गरम दिवशी रेल्वे ट्रॅक चमकदार दिसतो याचे कारण: A) विवर्तन B) पूर्ण परावर्तन C) अपवर्तन D) व्यतिकरण
उत्तर: C) अपवर्तन
उपाय: गरम हवेच्या थरांमध्ये बदलती घनता → बदलता अपवर्तनांक → प्रकाश वेगळ्या पद्धतीने वाकतो
शॉर्टकट: “चमकदार = हवेचे थर = अपवर्तन”
संकल्पना: भौतिकशास्त्र प्रकाशिकी - वातावरणीय अपवर्तन
5 मागील वर्षांचे प्रश्न
PYQ 1. भिंगाची क्षमता -2.5D आहे. भिंग आहे: [RRB NTPC 2021 CBT-1]
उत्तर: B) -40cm नाभीय अंतराचे अवतल भिंग
उपाय: P = 1/f → f = 1/(-2.5) = -0.4m = -40cm. ऋण नाभीय अंतर = अवतल भिंग
परीक्षा टिप: ऋण क्षमता नेहमी अवतल/अपसारी भिंग दर्शवते
PYQ 2. एक अवतल आरसा वस्तूच्या दुप्पट आकाराची वास्तव प्रतिमा निर्माण करतो. जर वस्तू 15cm वर असेल, तर नाभीय अंतर आहे: [RRB Group D 2022]
उत्तर: C) 10cm
उपाय: m = -2 (वास्तव = ऋण), v = -2u = -30cm. 1/f = 1/v + 1/u = 1/(-30) + 1/(-15) = -3/30 → f = -10cm
परीक्षा टिप: चिन्ह संकेत लक्षात ठेवा: वास्तव प्रतिमांना ऋण विशालन असते
PYQ 3. हिर्यासाठी (n=2.42) क्रांतिक कोन अंदाजे आहे: [RRB ALP 2018]
उत्तर: B) 24.4°
उपाय: θc = sin⁻¹(1/2.42) = sin⁻¹(0.413) = 24.4°
परीक्षा टिप: उच्च अपवर्तनांक → कमी क्रांतिक कोन → अधिक तेजस्वी रत्ने
PYQ 4. लोकोमोटिव्ह हेडलाइट 10cm नाभीय अंतराचा आरसा वापरते. समांतर किरणपुंजासाठी बल्ब कुठे ठेवला पाहिजे? [RRB JE 2019]
उत्तर: A) नाभीवर (10cm)
उपाय: समांतर परावर्तीत किरणांसाठी, वस्तू अवतल आरशाच्या नाभीवर ठेवा
परीक्षा टिप: उपयोग: हेडलाइट्स, शोधदिवे, टॉर्च → वस्तू नाभीवर
PYQ 5. पाण्याच्या संदर्भात काचेचा अपवर्तनांक आहे: [RPF SI 2019]
उत्तर: C) 1.5/1.33 = 1.13
उपाय: n_काच/पाणी = n_काच/n_पाणी = 1.5/1.33 = 1.13
परीक्षा टिप: सापेक्ष अपवर्तनांक = n₁/n₂
गतीचे युक्त्या आणि शॉर्टकट
| परिस्थिती | शॉर्टकट | उदाहरण |
|---|---|---|
| प्रतिमेचे स्वरूप शोधणे | “REAL VS” - वास्तव प्रतिमा: आरशांसाठी वस्तू नाभीच्या आत असेल तेव्हा आभासी, भिंगांसाठी वस्तू नाभीच्या आत असेल तेव्हा आभासी | उत्तल आरसा: नेहमी आभासी. अवतल: वास्तव जर u>f, आभासी जर u<f |
| क्षमतेवरून नाभीय अंतर | f(cm) = 100/P(D) | P = +4D → f = 25cm |
| क्रांतिक कोन लक्षात ठेवणे | “उच्च n → कमी θc” | हिरा (n=2.4) → θc≈24°, पाणी (n=1.33) → θc≈49° |
| विशालन चिन्ह | “वास्तव ऋण, आभासी धन” | m = -2 → वास्तव, उलटी, 2× आकार |
| आरसा/भिंग उपयोग | “CCTV - C=अवतल, V=वाहन हेडलाइट्स, T=दुर्बीण, V=शुक्र” | उत्तल: रीअर व्यू, अवतल: शेव्हिंग, दंतवैद्य |
टाळावयाच्या सामान्य चुका
| चूक | विद्यार्थी का करतात | योग्य पद्धत |
|---|---|---|
| चिन्ह संकेतातील चुका | वास्तव/आभासी दिशा गोंधळणे | नेहमी वापरा: प्रकाश → +धन, वास्तव प्रतिमा → -ऋण विशालन |
| n = c/v विसरणे | v = c×n ऐवजी c/n वापरणे | दाट माध्यमात वेग कमी होतो → v = c/n |
| कोनीय विभेदन एकके | सूत्रांमध्ये थेट अंश वापरणे | रेडियनमध्ये रूपांतरित करा: θ(rad) = θ(°)×π/180 |
| आरसा vs भिंग सूत्र | दोन्हीसाठी समान सूत्र वापरणे | आरसा: 1/f = 1/v + 1/u, भिंग: 1/f = 1/v - 1/u |
| क्रांतिक कोनाची अट | n₁>n₂ आवश्यकता विसरणे | पूर्ण आंतरिक परावर्तन फक्त दाट→विरल जाताना θ>θc असेल तेव्हा |
झटपट पुनरावलोकन फ्लॅशकार्ड
| समोर (प्रश्न/संज्ञा) | मागे (उत्तर) |
|---|---|
| स्नेलचा नियम | n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂ |
| भिंग निर्माता सूत्र | 1/f = (n-1)(1/R₁ - 1/R₂) |
| क्षमतेचे एकक | डायॉप्टर (D) = m⁻¹ |
| एकूण विशालन | m_एकूण = m₁ × m₂ × m₃… |
| प्रिझम सूत्र | δ = (n-1)A (लहान A साठी) |
| इंद्रधनुष्य निर्मिती | पाण्याच्या थेंबांमध्ये विक्षेपण + पूर्ण आंतरिक परावर्तन |
| आभासी खोली | वास्तविक खोली / n |
| क्रांतिक कोन सूत्र | θc = sin⁻¹(n₂/n₁) |
| आरसा विशालन | m = -v/u = h’/h |
| क्षमतेनुसार भिंगांचे प्रकार | +धन = अभिसारी, -ऋण = अपसारी |
विषय कनेक्शन्स
थेट दुवे:
- तरंग: विद्युतचुंबकीय तरंग म्हणून प्रकाश (c = fλ)
- मापन: व्हर्नियर कॅलिपर भिंगाची जाडी मोजतात
- उष्णता: रेल्वे इंजिनांमधून अवरक्त किरणोत्सर्ग
एकत्रित प्रश्न:
- प्रकाशिकी + गती: फिरत्या रेल्वेसह डॉपलर परिणाम
- प्रकाशिकी + ऊर्जा: सौर पॅनेलमध्ये फोटोव्होल्टेइक परिणाम वापरणे
- प्रकाशिकी + वीज: रेल्वे सिग्नलिंगमध्ये एलईडी सिग्नल
पाया:
- आधुनिक भौतिकशास्त्र: प्रकाशविद्युत परिणाम, लेसर
- इलेक्ट्रॉनिक्स: संप्रेषणात ऑप्टिकल फायबर
- छायाचित्रण: निरीक्षणासाठी कॅमेरा प्रकाशिकी
BETA
