Страница 145 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

Авторы: Рымкевич А. П.
Тип: Задачник
Издательство: Просвещение, Дрофа
Год издания: 2016 - 2025
Цвет обложки: белый, синий
ISBN: 978-5-358-15963-1
Популярные ГДЗ в 10 классе
Cтраница 145

№1093 (с. 145)
Условие. №1093 (с. 145)

1093. В установке для наблюдения колец Ньютона используется плосковыпуклая линза с радиусом кривизны 8,6 м. При освещении установки монохроматическим светом, падающим нормально на плоскую поверхность линзы, радиус четвёртого тёмного кольца был равен 4,5 мм. Определить длину волны света, если наблюдение велось в отражённом свете.
Решение 1. №1093 (с. 145)

Решение 2. №1093 (с. 145)

Решение 3. №1093 (с. 145)

Решение 4. №1093 (с. 145)
Дано:
Радиус кривизны линзы: $R = 8,6$ м
Порядок тёмного кольца: $k = 4$
Радиус четвёртого тёмного кольца: $r_4 = 4,5$ мм
Показатель преломления среды (воздух): $n \approx 1$
Перевод в систему СИ:
$r_4 = 4,5 \cdot 10^{-3}$ м
Найти:
Длину волны света: $\lambda$
Решение
Кольца Ньютона образуются в результате интерференции света в тонком воздушном зазоре между плосковыпуклой линзой и плоской стеклянной пластиной. При наблюдении интерференционной картины в отражённом свете возникает дополнительная разность хода в половину длины волны ($\lambda/2$) из-за отражения света от границы с оптически более плотной средой (от плоской пластины).
Условие образования тёмных интерференционных колец (минимумов) в отражённом свете имеет вид:
$\Delta = 2h_k = k\lambda$
где $h_k$ — толщина воздушного зазора, соответствующая $k$-му тёмному кольцу, $\lambda$ — длина волны света, $k$ — номер кольца ($k = 1, 2, 3, \ldots$).
Толщину воздушного зазора $h_k$ можно связать с радиусом кривизны линзы $R$ и радиусом соответствующего кольца $r_k$. Из геометрии установки (рассматривая прямоугольный треугольник с катетами $r_k$ и $R-h_k$ и гипотенузой $R$) следует соотношение:
$R^2 = r_k^2 + (R-h_k)^2$
$R^2 = r_k^2 + R^2 - 2Rh_k + h_k^2$
Так как толщина зазора $h_k$ очень мала по сравнению с радиусом кривизны $R$, то членом $h_k^2$ можно пренебречь:
$r_k^2 \approx 2Rh_k$
Отсюда выразим толщину зазора:
$h_k = \frac{r_k^2}{2R}$
Теперь подставим это выражение для $h_k$ в условие минимума:
$2 \left( \frac{r_k^2}{2R} \right) = k\lambda$
$\frac{r_k^2}{R} = k\lambda$
Из этого соотношения выразим искомую длину волны света $\lambda$:
$\lambda = \frac{r_k^2}{kR}$
Подставим числовые значения для четвёртого тёмного кольца ($k=4$):
$\lambda = \frac{(4,5 \cdot 10^{-3} \text{ м})^2}{4 \cdot 8,6 \text{ м}} = \frac{20,25 \cdot 10^{-6} \text{ м}^2}{34,4 \text{ м}} \approx 0,58866 \cdot 10^{-6} \text{ м}$
Переводя в нанометры ($1 \text{ нм} = 10^{-9} \text{ м}$), получаем:
$\lambda \approx 588,66 \cdot 10^{-9} \text{ м} \approx 589 \text{ нм}$
Ответ: длина волны света равна приблизительно $589$ нм.
№1094 (с. 145)
Условие. №1094 (с. 145)

1094. Между двумя шлифованными стеклянными пластинами попал волос, вследствие чего образовался воздушный клин. Почему в отражённом свете можно наблюдать интерференционную картину?
Решение 1. №1094 (с. 145)

Решение 2. №1094 (с. 145)

Решение 3. №1094 (с. 145)


Решение 4. №1094 (с. 145)
Решение
Интерференционная картина в отражённом свете возникает из-за сложения (интерференции) двух когерентных световых волн. В случае воздушного клина, образованного двумя стеклянными пластинами, эти волны появляются следующим образом.
Когда свет падает на систему из двух пластин, он частично отражается от нижней поверхности верхней пластины (граница стекло-воздух) и частично проходит дальше. Прошедший свет отражается от верхней поверхности нижней пластины (граница воздух-стекло). В результате образуются два отражённых луча, которые исходят из одного и того же падающего луча, а значит, являются когерентными.
Результат интерференции этих двух волн зависит от разности их хода. Разность хода складывается из двух частей:
- Геометрическая разность хода, которая зависит от толщины воздушного зазора $d$ в данной точке. При почти нормальном падении света она приблизительно равна $2d$.
- Дополнительная разность хода, возникающая из-за разницы в условиях отражения. При отражении от оптически более плотной среды (в данном случае, от второй границы воздух-стекло) фаза волны меняется на $\pi$, что эквивалентно потере полуволны (добавлению к пути $\lambda/2$). При отражении от первой границы (стекло-воздух), где свет переходит в оптически менее плотную среду, изменения фазы не происходит.
Таким образом, полная оптическая разность хода $\Delta$ между двумя отражёнными лучами составляет:
$\Delta = 2d + \frac{\lambda}{2}$
где $d$ – толщина воздушного клина в данной точке, а $\lambda$ – длина волны света в воздухе.
Условие усиления света (интерференционный максимум, светлая полоса) выполняется, когда разность хода равна целому числу длин волн:
$2d + \frac{\lambda}{2} = m\lambda$, где $m = 1, 2, 3, ...$
Условие ослабления света (интерференционный минимум, тёмная полоса) выполняется, когда разность хода равна полуцелому числу длин волн:
$2d + \frac{\lambda}{2} = (m + \frac{1}{2})\lambda$, что эквивалентно $2d = m\lambda$, где $m = 0, 1, 2, ...$
Поскольку волос создаёт клин, толщина воздушного зазора $d$ плавно увеличивается от нуля (в месте соприкосновения пластин) до толщины волоса. Из-за этого условия максимумов и минимумов поочерёдно выполняются в разных местах, что и приводит к наблюдению системы параллельных интерференционных полос.
Ответ: Интерференционная картина наблюдается из-за наложения двух когерентных световых волн, отражённых от двух поверхностей воздушного клина (от нижней поверхности верхней пластины и от верхней поверхности нижней пластины). Разность хода между этими волнами определяется толщиной воздушного зазора и дополнительным сдвигом фазы на $\pi$ при отражении от оптически более плотной среды (от нижней пластины). Так как толщина клина монотонно меняется, условия для усиления и ослабления света (максимумов и минимумов интерференции) последовательно выполняются, создавая видимую картину из чередующихся светлых и тёмных полос.
№1095 (с. 145)
Условие. №1095 (с. 145)

1095. Почему при наблюдении на экране интерференционной картины от тонкой мыльной плёнки, полученной на вертикально расположенном каркасе, в отражённом монохроматическом свете расстояние между интерференционными полосами в верхней части меньше, чем в нижней?
Решение 1. №1095 (с. 145)

Решение 2. №1095 (с. 145)

Решение 3. №1095 (с. 145)

Решение 4. №1095 (с. 145)
Решение
Интерференционная картина на тонкой мыльной пленке возникает в результате сложения световых волн, отраженных от ее передней и задней поверхностей. Когда мыльная пленка расположена на вертикальном каркасе, под действием силы тяжести мыльный раствор стекает вниз. В результате пленка приобретает клиновидную форму: она самая тонкая вверху и постепенно утолщается книзу.
Интерференционные полосы (как светлые, так и темные) соответствуют линиям равной толщины пленки. Поскольку толщина пленки зависит от вертикальной координаты, полосы интерференции располагаются горизонтально.
Условие образования темной интерференционной полосы (минимума) в отраженном свете для почти нормального падения света имеет вид: $2dn = m\lambda$ где $d$ — толщина пленки, $n$ — показатель преломления мыльного раствора, $\lambda$ — длина волны монохроматического света, а $m$ — целое число (порядок интерференции, $m=1, 2, 3, \ldots$). В эту формулу уже учтена потеря полуволны при отражении от передней поверхности пленки (от границы воздух-пленка).
Из этой формулы следует, что для перехода от одной темной полосы (порядка $m$) к соседней (порядка $m+1$) толщина пленки должна измениться на постоянную величину $\Delta d$: $2(d_{m+1} - d_m)n = (m+1)\lambda - m\lambda$ $\Delta d = d_{m+1} - d_m = \frac{\lambda}{2n}$
Вертикальное расстояние между соседними полосами $\Delta y$ — это расстояние, на котором толщина пленки изменяется на эту величину $\Delta d$. Форма клина, который образует мыльная пленка, не является линейной. Из-за сложного взаимодействия сил тяжести и поверхностного натяжения, профиль толщины пленки таков, что в верхней, более тонкой части, толщина изменяется с высотой гораздо быстрее, чем в нижней, более толстой части. Иными словами, градиент толщины (скорость изменения толщины с высотой) вверху пленки значительно больше, чем внизу.
Так как для появления следующей полосы требуется одно и то же изменение толщины $\Delta d$, а в верхней части пленки это изменение происходит на меньшем вертикальном отрезке $\Delta y$, то и расстояние между полосами там будет меньше. В нижней части пленка утолщается более плавно, поэтому для такого же изменения толщины $\Delta d$ требуется пройти большее расстояние по вертикали, и полосы там расположены реже (расстояние между ними больше).
Ответ: Расстояние между интерференционными полосами определяется тем, на каком вертикальном расстоянии толщина пленки изменяется на величину, необходимую для образования соседней полосы ($\Delta d = \lambda/2n$). Из-за стекания жидкости под действием силы тяжести мыльная пленка имеет форму нелинейного клина. В верхней части толщина пленки изменяется с высотой быстрее (градиент толщины больше), чем в нижней. Поэтому вверху для необходимого изменения толщины требуется меньшее вертикальное расстояние, и полосы расположены гуще (расстояние между ними меньше).
№1096 (с. 145)
Условие. №1096 (с. 145)

1096. Почему в центральной части спектра, полученного на экране при освещении дифракционной решётки белым светом, всегда наблюдается белая полоса?
Решение 1. №1096 (с. 145)

Решение 2. №1096 (с. 145)

Решение 3. №1096 (с. 145)

Решение 4. №1096 (с. 145)
Решение
Явление, наблюдаемое при прохождении света через дифракционную решётку, называется дифракцией. Условие для возникновения максимумов интенсивности света (ярких полос) на экране описывается формулой дифракционной решётки:
$d \sin \theta = k \lambda$
где $d$ — период решётки (расстояние между соседними щелями), $\theta$ — угол, под которым наблюдается максимум, $k$ — порядок максимума (целое число: $0, \pm1, \pm2, \dots$), а $\lambda$ — длина волны света.
Белый свет представляет собой смесь электромагнитных волн различных длин волн, соответствующих всем цветам видимого спектра (от фиолетового до красного).
Рассмотрим центральный максимум, для которого порядок $k=0$. Подставим это значение в формулу:
$d \sin \theta = 0 \cdot \lambda$
$d \sin \theta = 0$
Поскольку период решётки $d$ не равен нулю, из этого уравнения следует, что $\sin \theta = 0$, а значит, и угол $\theta = 0$. Важно отметить, что этот результат не зависит от длины волны $\lambda$.
Это означает, что для всех длин волн, составляющих белый свет, центральный максимум наблюдается в одном и том же месте — в центре экрана, под углом $\theta = 0$. Волны всех цветов приходят в эту точку и накладываются друг на друга. Сложение всех цветов видимого спектра дает белый цвет.
Для максимумов других порядков ($k = \pm1, \pm2, \dots$) угол дифракции $\theta$ уже зависит от длины волны ($\sin \theta = k \lambda / d$). Поэтому для них происходит разделение белого света на спектры: фиолетовые лучи отклоняются на меньший угол, а красные — на больший, образуя "радужные" полосы по бокам от центральной белой.
Ответ: Центральный максимум дифракционного спектра (при $k=0$) соответствует нулевому углу дифракции ($\theta=0$) для всех длин волн, из которых состоит белый свет. Вследствие этого в центре экрана все цвета спектра накладываются друг на друга, что в сумме дает белую полосу.
№1097 (с. 145)
Условие. №1097 (с. 145)

1097. В школе есть дифракционные решётки, имеющие 50 и 100 штрихов на 1 мм. Какая из них даст на экране более широкий спектр при прочих равных условиях?
Решение 1. №1097 (с. 145)

Решение 2. №1097 (с. 145)

Решение 3. №1097 (с. 145)

Решение 4. №1097 (с. 145)
Дано:
Число штрихов на 1 мм для первой решётки: $n_1 = 50 \text{ шт/мм}$
Число штрихов на 1 мм для второй решётки: $n_2 = 100 \text{ шт/мм}$
Перевод в систему СИ:
$n_1 = 50 \text{ мм}^{-1} = 50 \cdot 10^3 \text{ м}^{-1}$
$n_2 = 100 \text{ мм}^{-1} = 100 \cdot 10^3 \text{ м}^{-1}$
Найти:
Какая из дифракционных решёток даст на экране более широкий спектр?
Решение:
Условие максимумов дифракционной решётки определяется формулой: $d \sin\varphi = k \lambda$ где $d$ – период решётки (расстояние между соседними штрихами), $\varphi$ – угол, под которым наблюдается максимум, $k$ – порядок максимума (целое число: 1, 2, 3, ...), а $\lambda$ – длина волны света.
Период решётки $d$ связан с числом штрихов $n$ на единицу длины соотношением: $d = \frac{1}{n}$
Вычислим периоды для обеих решёток:
Для первой решётки: $d_1 = \frac{1}{n_1} = \frac{1}{50 \text{ шт/мм}} = 0.02 \text{ мм} = 2 \cdot 10^{-5} \text{ м}$.
Для второй решётки: $d_2 = \frac{1}{n_2} = \frac{1}{100 \text{ шт/мм}} = 0.01 \text{ мм} = 1 \cdot 10^{-5} \text{ м}$.
Как видно, $d_2 < d_1$. Решётка с большим числом штрихов на миллиметр имеет меньший период.
Выразим синус угла дифракции из основной формулы: $\sin\varphi = \frac{k \lambda}{d}$
Из этой формулы следует, что при одинаковых значениях порядка максимума $k$ и длины волны $\lambda$, синус угла дифракции $\sin\varphi$ обратно пропорционален периоду решётки $d$. Чем меньше период решётки, тем больше будет угол дифракции $\varphi$ (для углов от 0° до 90°).
Ширина спектра определяется разностью углов дифракции для крайних длин волн видимого света – красного ($\lambda_к$) и фиолетового ($\lambda_ф$). Для спектра порядка $k$ ширина будет тем больше, чем больше разница углов $\Delta\varphi = \varphi_к - \varphi_ф$.
Поскольку для решётки с меньшим периодом $d$ углы отклонения лучей больше для всех длин волн, то и разница между углами для красного и фиолетового света также будет больше. Это означает, что спектр будет растянут сильнее, то есть будет более широким.
Следовательно, решётка с периодом $d_2 = 0.01 \text{ мм}$ (100 штрихов на 1 мм) даст более широкий спектр, чем решётка с периодом $d_1 = 0.02 \text{ мм}$ (50 штрихов на 1 мм).
Ответ: Более широкий спектр даст дифракционная решётка, имеющая 100 штрихов на 1 мм.
№1098 (с. 145)
Условие. №1098 (с. 145)

1098. Как изменяется картина дифракционного спектра при удалении экрана от решётки?
Решение 1. №1098 (с. 145)

Решение 2. №1098 (с. 145)

Решение 3. №1098 (с. 145)

Решение 4. №1098 (с. 145)
Дано:
Установка для наблюдения дифракции на решетке. Расстояние от решетки до экрана, $L$, увеличивается.
Найти:
Изменение картины дифракционного спектра.
Решение:
Условие наблюдения максимумов в дифракционном спектре, который создается дифракционной решеткой, описывается формулой: $d \sin\varphi_k = k \lambda$, где $d$ — период решетки, $\varphi_k$ — угол дифракции для максимума $k$-го порядка, $k$ — целое число ($0, \pm1, \pm2, \ldots$), являющееся порядком максимума, $\lambda$ — длина волны света.
Положение максимума на экране, то есть расстояние $x_k$ от центрального максимума ($k=0$) до максимума $k$-го порядка, связано с углом $\varphi_k$ и расстоянием от решетки до экрана $L$ следующим соотношением из геометрии: $\tan\varphi_k = \frac{x_k}{L}$.
В большинстве реальных установок углы дифракции достаточно малы, что позволяет использовать приближение $\sin\varphi_k \approx \tan\varphi_k$. Подставим это приближение в формулу дифракционной решетки: $d \tan\varphi_k \approx k \lambda$.
Теперь заменим тангенс угла его выражением через $x_k$ и $L$: $d \frac{x_k}{L} \approx k \lambda$.
Из этого соотношения выразим расстояние $x_k$ на экране: $x_k \approx \frac{k \lambda L}{d}$.
Анализируя полученную формулу, можно сделать вывод, что координата $x_k$ любого максимума (кроме центрального, для которого $k=0$ и, соответственно, $x_0=0$) прямо пропорциональна расстоянию $L$ от решетки до экрана.
Таким образом, когда мы удаляем экран от решетки (увеличиваем $L$), расстояние $x_k$ до каждого максимума от центра также увеличивается. Это приводит к тому, что вся дифракционная картина "растягивается" или расширяется. Расстояния между всеми максимумами увеличиваются. Кроме того, поскольку энергия света, формирующая каждый максимум, распределяется на большую площадь, яркость этих максимумов уменьшается.
Ответ: При удалении экрана от дифракционной решётки картина дифракционного спектра растягивается — расстояние между максимумами (спектральными линиями) увеличивается пропорционально расстоянию до экрана. При этом яркость наблюдаемых максимумов уменьшается.
№1099 (с. 145)
Условие. №1099 (с. 145)

1099. Дифракционная решётка содержит 120 штрихов на 1 мм. Найти длину волны монохроматического света, падающего на решётку, если угол между двумя спектрами первого порядка равен 8$^\circ$.
Решение 1. №1099 (с. 145)

Решение 2. №1099 (с. 145)

Решение 3. №1099 (с. 145)

Решение 4. №1099 (с. 145)
Дано:
Число штрихов на 1 мм, $N/L = 120 \text{ мм}^{-1}$
Угол между двумя спектрами первого порядка, $2\varphi = 8^\circ$
Порядок спектра, $k = 1$
$N = 120$
Найти:
Длину волны, $\lambda$
Решение:
Период дифракционной решётки $d$ — это расстояние между двумя соседними штрихами. Его можно найти, зная количество штрихов на единицу длины.
$d = \frac{L}{N} = \frac{1 \text{ мм}}{120} = \frac{1 \cdot 10^{-3} \text{ м}}{120}$
Угол $2\varphi = 8^\circ$ — это угол между двумя первыми дифракционными максимумами, которые расположены симметрично относительно центрального максимума. Следовательно, угол дифракции $\varphi$ для максимума первого порядка равен половине этого угла.
$\varphi = \frac{8^\circ}{2} = 4^\circ$
Условие максимумов дифракционной решётки задаётся формулой:
$d \sin\varphi = k\lambda$
где $d$ — период решётки, $\varphi$ — угол дифракции, $k$ — порядок спектра, $\lambda$ — длина волны.
Для нахождения длины волны выразим её из этой формулы для первого порядка ($k=1$):
$\lambda = \frac{d \sin\varphi}{k}$
Подставим числовые значения:
$\lambda = \frac{(\frac{1 \cdot 10^{-3}}{120} \text{ м}) \cdot \sin(4^\circ)}{1}$
Зная, что $\sin(4^\circ) \approx 0.0698$, произведём вычисление:
$\lambda \approx \frac{1 \cdot 10^{-3}}{120} \cdot 0.0698 \text{ м} \approx 0.000008333 \cdot 0.0698 \text{ м} \approx 5.81 \cdot 10^{-7} \text{ м}$
Для удобства переведём результат в нанометры ($1 \text{ нм} = 10^{-9} \text{ м}$):
$\lambda = 5.81 \cdot 10^{-7} \text{ м} = 581 \cdot 10^{-9} \text{ м} = 581 \text{ нм}$
Ответ: длина волны монохроматического света равна приблизительно $581 \text{ нм}$.
№1100 (с. 145)
Условие. №1100 (с. 145)

1100. Определить угол отклонения лучей зелёного света ($ \lambda = 0.55 \text{ мкм} $) в спектре первого порядка, полученном с помощью дифракционной решётки, период которой равен 0,02 мм.
Решение 1. №1100 (с. 145)

Решение 2. №1100 (с. 145)

Решение 3. №1100 (с. 145)

Решение 4. №1100 (с. 145)
Дано:
Длина волны зелёного света, $ \lambda = 0,55 $ мкм $ = 0,55 \cdot 10^{-6} $ м
Период дифракционной решётки, $ d = 0,02 $ мм $ = 0,02 \cdot 10^{-3} $ м $ = 2 \cdot 10^{-5} $ м
Порядок спектра, $ k = 1 $
Найти:
Угол отклонения, $ \varphi $
Решение:
Условие дифракционных максимумов для решётки определяется формулой:
$ d \sin\varphi = k\lambda $
где $ d $ — период дифракционной решётки, $ \varphi $ — угол отклонения (угол, под которым наблюдается максимум), $ k $ — порядок максимума, $ \lambda $ — длина волны света.
Из этой формулы выразим синус угла отклонения $ \sin\varphi $:
$ \sin\varphi = \frac{k\lambda}{d} $
Подставим в формулу значения из условия, предварительно переведённые в систему СИ:
$ \sin\varphi = \frac{1 \cdot 0,55 \cdot 10^{-6} \text{ м}}{2 \cdot 10^{-5} \text{ м}} = \frac{0,55}{20} = 0,0275 $
Теперь найдём сам угол $ \varphi $, вычислив арксинус полученного значения:
$ \varphi = \arcsin(0,0275) $
Вычислим значение угла в градусах:
$ \varphi \approx 1,576^{\circ} $
Округляя до двух значащих цифр, как в исходных данных, получаем:
$ \varphi \approx 1,6^{\circ} $
Ответ: угол отклонения лучей зелёного света составляет примерно $ 1,6^{\circ} $.
№1101 (с. 145)
Условие. №1101 (с. 145)

1101. Линия с длиной волны $\lambda_1 = 426$ нм, полученная при помощи дифракционной решётки в спектре второго порядка, видна под углом $\varphi_1 = 4,9^\circ$. Найти, под каким углом $\varphi_2$ видна линия с длиной волны $\lambda_2 = 713$ нм в спектре первого порядка.
Решение 1. №1101 (с. 145)

Решение 2. №1101 (с. 145)

Решение 3. №1101 (с. 145)

Решение 4. №1101 (с. 145)
Дано:
Длина волны 1, $\lambda_1 = 426$ нм
Порядок спектра 1, $k_1 = 2$
Угол дифракции 1, $\phi_1 = 4,9^\circ$
Длина волны 2, $\lambda_2 = 713$ нм
Порядок спектра 2, $k_2 = 1$
$\lambda_2 = 713 \times 10^{-9}$ м
Найти:
$\phi_2$ - ?
Решение:
Условие наблюдения главных максимумов в спектре, полученном с помощью дифракционной решётки, задаётся формулой:
$d \sin\phi = k\lambda$
где $d$ — период дифракционной решётки, $\phi$ — угол, под которым наблюдается максимум, $k$ — порядок максимума (целое число), а $\lambda$ — длина волны света.
Так как оба спектра получены с помощью одной и той же решётки, её период $d$ является постоянной величиной.
Запишем формулу для первого случая (линия с длиной волны $\lambda_1$ в спектре второго порядка):
$d \sin\phi_1 = k_1\lambda_1$
И для второго случая (линия с длиной волны $\lambda_2$ в спектре первого порядка):
$d \sin\phi_2 = k_2\lambda_2$
Мы получили систему из двух уравнений. Разделим второе уравнение на первое:
$\frac{d \sin\phi_2}{d \sin\phi_1} = \frac{k_2\lambda_2}{k_1\lambda_1}$
Период решётки $d$ сокращается:
$\frac{\sin\phi_2}{\sin\phi_1} = \frac{k_2\lambda_2}{k_1\lambda_1}$
Отсюда выразим $\sin\phi_2$:
$\sin\phi_2 = \sin\phi_1 \cdot \frac{k_2\lambda_2}{k_1\lambda_1}$
Подставим в формулу известные значения:
$\sin\phi_2 = \sin(4,9^\circ) \cdot \frac{1 \cdot 713 \text{ нм}}{2 \cdot 426 \text{ нм}}$
Единицы измерения длины волны (нм) сокращаются, что избавляет от необходимости переводить их в систему СИ, так как нас интересует их отношение.
$\sin\phi_2 \approx 0,0854 \cdot \frac{713}{852} \approx 0,0854 \cdot 0,83685 \approx 0,0715$
Теперь найдём угол $\phi_2$, вычислив арксинус полученного значения:
$\phi_2 = \arcsin(0,0715) \approx 4,1^\circ$
Ответ: линия с длиной волны $\lambda_2 = 713$ нм в спектре первого порядка видна под углом $\phi_2 \approx 4,1^\circ$.
№1102 (с. 145)
Условие. №1102 (с. 145)


11021. Для определения периода решётки на неё направили световой пучок через красный светофильтр, пропускающий лучи с длиной волны 0,76 мкм. Каков период решётки, если на экране, отстоящем от решётки на 1 м, расстояние между спектрами первого порядка равно 15,2 см?
Решение 1. №1102 (с. 145)

Решение 2. №1102 (с. 145)

Решение 3. №1102 (с. 145)

Решение 4. №1102 (с. 145)
Дано:
Длина волны света, $\lambda = 0,76$ мкм
Расстояние от решётки до экрана, $L = 1$ м
Расстояние между спектрами первого порядка, $\Delta x = 15,2$ см
Порядок спектра, $k = 1$
Перевод в систему СИ:
$\lambda = 0,76 \times 10^{-6}$ м
$\Delta x = 0,152$ м
Найти:
Период решётки, $d$ - ?
Решение:
Формула дифракционной решётки, определяющая положение главных максимумов, имеет вид:
$d \sin\varphi = k\lambda$
где $d$ – период решётки, $\varphi$ – угол дифракции (угол отклонения лучей), $k$ – порядок спектра, $\lambda$ – длина волны света.
Из этой формулы выразим искомый период решётки $d$:
$d = \frac{k\lambda}{\sin\varphi}$
В условии задачи дано расстояние между двумя спектрами первого порядка ($\Delta x$). Это расстояние между максимумами для $k=+1$ и $k=-1$. Расстояние от центрального максимума (где $k=0$) до максимума первого порядка ($k=1$) будет равно половине этого расстояния:
$x = \frac{\Delta x}{2} = \frac{0,152 \text{ м}}{2} = 0,076 \text{ м}$
Угол дифракции $\varphi$ можно найти из геометрии установки. Рассмотрим прямоугольный треугольник, катетами которого являются расстояние от решётки до экрана $L$ и расстояние от центрального максимума до максимума первого порядка $x$. Тангенс угла $\varphi$ равен:
$\tan\varphi = \frac{x}{L}$
Для малых углов дифракции (что обычно выполняется в таких задачах, когда $x \ll L$) можно использовать приближение $\sin\varphi \approx \tan\varphi$.
Проверим: $\tan\varphi = \frac{0,076 \text{ м}}{1 \text{ м}} = 0,076$. Это значение мало, поэтому приближение справедливо.
Таким образом, $\sin\varphi \approx \frac{x}{L}$.
Подставим это выражение в формулу для периода решётки:
$d = \frac{k\lambda}{x/L} = \frac{k\lambda L}{x}$
Теперь подставим числовые значения всех величин:
$d = \frac{1 \cdot (0,76 \times 10^{-6} \text{ м}) \cdot 1 \text{ м}}{0,076 \text{ м}} = \frac{0,76}{0,076} \times 10^{-6} \text{ м} = 10 \times 10^{-6} \text{ м} = 10^{-5} \text{ м}$
Переведём результат в микрометры для наглядности: $10^{-5} \text{ м} = 10$ мкм.
Ответ: период решётки равен $10^{-5}$ м.
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.