Ответьте на вопросы, страница 186 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Как получить свет различной интенсивности, но равной частоты излучения?

2. Как получить свет равной интенсивности, но разной частоты излучения?

1. Как получить свет различной интенсивности, но равной частоты излучения?

Частота излучения определяет энергию каждого кванта света (фотона) и, в видимом диапазоне, его цвет. Чтобы получить свет равной (постоянной) частоты, необходимо использовать монохроматический источник света.

Это можно сделать несколькими способами:

1. Использовать лазер. Лазерное излучение по своей природе является монохроматическим, то есть имеет очень узкий диапазон частот.

2. Использовать источник белого света (например, лампу накаливания) и специальный оптический прибор — монохроматор или узкополосный светофильтр. Монохроматор (или светофильтр) выделит из сплошного спектра источника узкую полосу частот, соответствующую определённому цвету.

После того как мы получили монохроматический свет, его интенсивность можно изменять. Интенсивность света пропорциональна числу фотонов, проходящих через единицу площади в единицу времени. Чтобы изменить интенсивность, не меняя частоту, нужно изменить именно количество фотонов.

Способы изменения интенсивности:

• Изменение мощности источника света. Например, можно регулировать силу тока, проходящего через лампу накаливания, или изменять мощность накачки лазера.

• Использование поглощающих (нейтральных) светофильтров. Такие фильтры ослабляют свет одинаково во всём видимом диапазоне, уменьшая количество проходящих через них фотонов. Используя набор фильтров с разной плотностью, можно получить разную интенсивность.

• Изменение расстояния от источника до освещаемой поверхности. Для точечного источника интенсивность убывает обратно пропорционально квадрату расстояния.

Ответ: Для получения света различной интенсивности, но равной частоты, необходимо взять монохроматический источник света (например, лазер или лампу со светофильтром) и изменять количество испускаемых им фотонов в единицу времени. Практически это достигается регулировкой мощности источника, использованием нейтральных светофильтров или изменением расстояния до источника.

2. Как получить свет равной интенсивности, но разной частоты излучения?

Для получения света разной частоты необходимо использовать либо несколько разных монохроматических источников (например, красный, зелёный и синий лазеры), либо один источник белого света и набор различных цветных светофильтров, каждый из которых пропускает свет в своей узкой полосе частот.

Задача усложняется требованием поддерживать равную интенсивность. Интенсивность $\text{I}$ (энергетическая освещённость) — это полная энергия, переносимая светом через единичную площадку за единицу времени. Она зависит как от числа фотонов $\text{N}$, так и от энергии каждого фотона $E_{ф}$:

$I = N \cdot E_{ф}$

Энергия фотона, в свою очередь, прямо пропорциональна частоте излучения $\nu$:

$E_{ф} = h\nu$

где $\text{h}$ — постоянная Планка.

Таким образом, интенсивность света равна:

$I = N \cdot h\nu$

Из этой формулы видно, что для поддержания постоянной интенсивности $\text{I}$ при изменении частоты $\nu$ необходимо изменять число фотонов $\text{N}$. Если мы увеличиваем частоту $\nu$ (например, переходим от красного света к синему), то энергия каждого фотона растёт. Чтобы интенсивность осталась прежней, мы должны уменьшить число фотонов $\text{N}$. И наоборот, при уменьшении частоты $\nu$ (переход от синего к красному) нужно увеличить число фотонов $\text{N}$.

На практике это означает, что для каждого выбранного цвета (частоты) нужно отдельно подобрать мощность источника или плотность нейтрального светофильтра так, чтобы показания измерительного прибора (фотометра), регистрирующего интенсивность, оставались неизменными.

Ответ: Необходимо использовать несколько источников света с разной частотой (или один источник с набором светофильтров). Для каждой частоты $\nu$ нужно подобрать такое число фотонов $\text{N}$, излучаемых в единицу времени, чтобы их произведение на энергию одного фотона ($h\nu$) оставалось постоянным. Практически это означает, что для света с большей частотой (например, синего) поток фотонов должен быть меньше, чем для света с меньшей частотой (например, красного), чтобы их интенсивности были равны.