Номер 5, страница 69, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

*5. Опишите опыт Вавилова.

*5. Опишите опыт Вавилова.

Опыт, о котором идёт речь, — это серия экспериментов, проведённых советским физиком Сергеем Ивановичем Вавиловым и его аспирантом Павлом Алексеевичем Черенковым в 1934 году, которые привели к открытию нового вида свечения, известного как эффект Вавилова-Черенкова или черенковское излучение.

Цель опыта: Изучение люминесценции жидкостей под действием гамма-лучей.

Установка и методика:

1. В качестве источника жёсткого излучения использовался препарат радия, испускающий гамма-кванты.

2. Гамма-лучи направлялись на сосуд с различными чистыми жидкостями (вода, бензол, толуол и другие), не обладающими выраженной флуоресценцией.

3. Наблюдение производилось визуально, в полной темноте, после длительной адаптации глаза к темноте, так как свечение было очень слабым.

Наблюдения и результаты:

Вавилов и Черенков обнаружили, что все исследуемые жидкости испускают слабое голубоватое свечение под действием гамма-излучения. Дальнейшие исследования этого свечения показали его необычные свойства, отличающие его от обычной люминесценции (флуоресценции или фосфоресценции):

• Непрерывный спектр: В отличие от линейчатых или полосатых спектров люминесценции, спектр нового излучения был непрерывным, с преобладанием в сине-фиолетовой области.

• Поляризация: Излучение было поляризовано, причём плоскость поляризации была связана с направлением распространения гамма-лучей.

• Направленность: Свечение испускалось не во все стороны равномерно, а преимущественно вперёд по направлению движения вызывающих его частиц, образуя конус света.

• Отсутствие температурной зависимости: Интенсивность свечения не зависела от температуры, в отличие от люминесценции, которая сильно зависит от температуры (температурное тушение).

• Отсутствие зависимости от примесей: Свечение наблюдалось в очень чистых жидкостях, что исключало его природу как флуоресценцию примесей.

Объяснение и значение:

Сначала природа этого явления была неясна. Теоретическое объяснение было дано в 1937 году Игорем Таммом и Ильёй Франком. Они показали, что свечение возникает, когда заряженная частица (в данном опыте — электрон, выбитый из атома среды гамма-квантом) движется в оптически прозрачной среде со скоростью $\text{v}$, превышающей фазовую скорость света $c/n$ в этой среде (где $\text{c}$ — скорость света в вакууме, а $\text{n}$ — показатель преломления среды). То есть, условие возникновения излучения: $v > c/n$.

Это излучение аналогично ударной волне, которую создаёт сверхзвуковой самолёт в воздухе. Заряженная частица, двигаясь быстрее света в среде, создаёт электромагнитную ударную волну, которая и является наблюдаемым свечением.

За открытие и объяснение этого эффекта П. А. Черенков, И. Е. Тамм и И. М. Франк были удостоены Нобелевской премии по физике в 1958 году. Опыт Вавилова и Черенкова стал классическим примером научного открытия, где тщательное экспериментальное исследование аномального явления привело к фундаментальному открытию.

Ответ: Опыт Вавилова (проведенный совместно с Черенковым) заключался в исследовании свечения чистых жидкостей под действием гамма-излучения. Было обнаружено слабое голубоватое свечение с необычными свойствами (поляризация, направленность, непрерывный спектр, независимость от температуры), которое не являлось люминесценцией. Позже Тамм и Франк объяснили это явление как излучение, возникающее при движении заряженных частиц в среде со скоростью, превышающей фазовую скорость света в этой среде. Это открытие, известное как эффект Вавилова-Черенкова, является фундаментальным в физике.