Изучаем квантовые явления, страница 192, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 11. Квантовые явления. Параграф 109. Лабораторные и исследовательские работы. Практические работы-исследование - страница 192.

Условие.

Практическая работа-исследование

Изучаем квантовые явления

НАБЛЮДЕНИЕ СПЛОШНОГО И ЛИНЕЙЧАТОГО СПЕКТРОВ

Цель работы

Наблюдать сплошной спектр излучения электрической лампы и линейчатый спектр излучения ионизированных газов.

Научная справка

Спектроскоп двухтрубный состоит из окуляра, зрительной трубы, объективов, коллиматора, щели и микрометрического винта. При наблюдении спектров щель направляют на источник света и с помощью объективов и окуляра добиваются появления чёткого изображения. Вращением винта меняют видимую часть спектра.

Зрительная труба

Объектив

Коллиматор

Щель

Окуляр

Микрометрический винт

Призма

Крышка

ПОМОЩНИК

• В качестве оборудования вам потребуется спектроскоп двухтрубный, набор спектральных трубок (водород, неон, гелий), прибор для зажигания спектральных трубок, источник тока, лампа накаливания, ключ, реостат, соединительные провода, штатив, таблицы со спектрами излучения газов, находящихся в спектральных трубках.

• Укрепите спектроскоп в штативе таким образом, чтобы щель его коллиматора была расположена вертикально.

• Соберите электрическую цепь, последовательно соединив лампу накаливания, реостат и источник тока.

• Установите спектроскоп перед лампой накаливания так, чтобы её нить накаливания была на высоте щели на расстоянии нескольких сантиметров от неё.

• Замкните цепь и включите лампу. Наблюдайте сплошной спектр излучения нити при полном накале лампы.

• Постепенно уменьшая накал нити с помощью реостата, наблюдайте ослабление яркости спектра и постепенное исчезновение спектральных цветов.

• Какой спектр наблюдается от света лампы накаливания? Запишите последовательность наблюдаемых цветов в спектре.

Спектроскоп

Источник переменного тока 12 В

Лампа

Реостат

Ключ

• Вставьте трубку с исследуемым газом в держатель прибора для зажигания спектральных трубок и включите прибор.

• Какие спектры наблюдаются при исследовании газов в трубках? Зарисуйте вид спектров для различных газов.

ВКЛ

ВЫКЛ

• Сделайте выводы.

Дополнительное задание

Линии поглощения, видимые на фоне непрерывного спектра звёзд, называемые фраунгоферовыми линиями, позволяют судить о химическом составе звёздных атмосфер. В настоящее время астрономы выделяют в спектре Солнца тысячи фраунгоферовых линий (самые сильные из них обозначаются латинскими буквами от А до К). Эти спектральные линии однозначно характеризуют химические элементы, их излучающие.

Рассмотрите видимую часть солнечного спектра поглощения, изображённую на рисунке.

Используя данные из таблицы, определите, какие химические элементы присутствуют в атмосфере Солнца и каким линиям спектра, обозначенным латинскими буквами от А до К, они соответствуют.

Химический элемент	Длина волны, нм	Химический элемент	Длина волны, нм	Химический элемент	Длина волны, нм
Pt	292	Ca	430	He	587
Al	308	$H_2$	486	Ne	632
Ca	393	Fe	508	$H_2$	656
Ca	397	Li	527	Li	670
Hg	405	$O_2$	535	$O_2$	687
Fe	430	Na	589	$O_2$	759

Решение.

Дополнительное задание

Дано:

Изображение видимой части солнечного спектра поглощения с отмеченными фраунгоферовыми линиями (от A до K) и шкалой длин волн в нанометрах (нм).

Таблица с длинами волн спектральных линий для ряда химических элементов.

Все данные уже представлены в удобных для анализа единицах (нанометры), перевод в систему СИ (метры) не требуется, так как сравнение будет происходить в одних и тех же единицах.

Найти:

Какие химические элементы из таблицы присутствуют в атмосфере Солнца и каким фраунгоферовым линиям (от A до K) они соответствуют.

Решение:

Спектральный анализ основан на том, что каждый химический элемент имеет уникальный, характерный только для него набор спектральных линий. Сравнивая положение линий поглощения в спектре Солнца (фраунгоферовых линий) с известными длинами волн спектральных линий химических элементов, можно определить химический состав атмосферы Солнца.

Для решения задачи сопоставим каждую фраунгоферову линию, обозначенную буквой, с её длиной волны, определенной по шкале на рисунке, а затем найдем соответствующий элемент в таблице.

• Линия K: Находится на шкале вблизи отметки 393 нм. Согласно таблице, длина волны $ \lambda = 393 $ нм соответствует химическому элементу Кальций (Ca).

• Линия H: Расположена на шкале рядом с линией K, примерно на 397 нм. В таблице указано, что длина волны $ \lambda = 397 $ нм также соответствует Кальцию (Ca).

• Линия G: Находится в сине-фиолетовой части спектра, её положение на шкале соответствует примерно 430 нм. По таблице, длина волны $ \lambda = 430 $ нм принадлежит Железу (Fe).

• Линия F: Расположена в сине-голубой части спектра, примерно на 486 нм. В таблице этой длине волны $ \lambda = 486 $ нм соответствует Водород (H₂).

• Линия E: Находится в зеленой части спектра, её положение соответствует примерно 527 нм. Согласно таблице, линия с $ \lambda = 527 $ нм принадлежит Железу (Fe).

• Линия D: Яркая линия в желтой части спектра, расположенная на шкале около 589 нм. В таблице указано, что длина волны $ \lambda = 589 $ нм характерна для Натрия (Na).

• Линия C: Находится в красной части спектра, на отметке около 656 нм. По таблице, длина волны $ \lambda = 656 $ нм соответствует Водороду (H₂).

• Линия B: Расположена в красной части спектра, её положение соответствует примерно 687 нм. Согласно таблице, эта линия с $ \lambda = 687 $ нм принадлежит Кислороду (O₂).

• Линия A: Находится в дальней красной области спектра, на отметке около 759 нм. По таблице, длина волны $ \lambda = 759 $ нм соответствует Кислороду (O₂).

Таким образом, мы определили наличие в атмосфере Солнца (и Земли, так как линии O₂ являются теллурическими) следующих элементов из таблицы: Водород, Натрий, Кальций, Железо и Кислород.

Ответ:

В атмосфере Солнца присутствуют следующие химические элементы, соответствующие указанным линиям спектра:

• Кальций (Ca) соответствует линиям K (393 нм) и H (397 нм).

• Железо (Fe) соответствует линиям G (430 нм) и E (527 нм).

• Водород (H₂) соответствует линиям F (486 нм) и C (656 нм).

• Натрий (Na) соответствует линии D (589 нм).

• Кислород (O₂) соответствует линиям B (687 нм) и A (759 нм).