Номер 3, страница 68 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны. Самостоятельные работы. СР-51. Типы оптических спектров. Вариант 2 - номер 3, страница 68.

Условие.

3. Опишите опыт, позволяющий получить линейчатый спектр поглощения натрия. Что можно сказать о частоте линий испускания и поглощения в спектрах натрия?

Решение.

Опыт, позволяющий получить линейчатый спектр поглощения натрия

Для получения линейчатого спектра поглощения натрия необходимо провести следующий опыт, известный как опыт по обращению спектральных линий.

1. Устанавливается источник света, дающий сплошной (непрерывный) спектр. В качестве такого источника можно использовать лампу накаливания или электрическую дугу.

2. Свет от источника направляется на щель спектроскопа. Спектроскоп — это прибор, который разлагает свет в спектр с помощью диспергирующего элемента (призмы или дифракционной решетки).

3. Между источником света и щелью спектроскопа помещается поглощающая среда — пары натрия. Чтобы их получить, можно внести в пламя газовой горелки небольшое количество поваренной соли ($NaCl$). При высокой температуре соль испаряется, и в пламени образуется газ, состоящий из атомов натрия.

4. Свет, проходя через пламя с парами натрия, частично поглощается ими. Затем этот свет попадает в спектроскоп и разлагается в спектр.

5. При наблюдении спектра на экране или через окуляр спектроскопа будет видна следующая картина: на фоне непрерывной радужной полосы (сплошного спектра от лампы) появятся тёмные узкие линии. Эти линии и есть линейчатый спектр поглощения натрия. Они возникают потому, что атомы натрия поглощают из проходящего света фотоны только определённых частот, соответствующих энергиям, необходимым для перехода электронов на более высокие энергетические уровни.

Ответ: Чтобы получить спектр поглощения натрия, нужно пропустить свет от источника сплошного спектра (например, лампы накаливания) через пары натрия (полученные при нагревании поваренной соли в пламени горелки), а затем разложить прошедший свет в спектр с помощью спектроскопа. На фоне сплошного спектра появятся тёмные линии поглощения.

Что можно сказать о частоте линий испускания и поглощения в спектрах натрия?

Частоты линий испускания и поглощения для одного и того же вещества (в данном случае, натрия) в точности совпадают. Это фундаментальное свойство, вытекающее из закона Кирхгофа для теплового излучения: вещество поглощает свет на тех же частотах, на которых оно его испускает при нагревании.

Это объясняется строением атома. И испускание, и поглощение света связаны с переходами электронов между дискретными (квантованными) энергетическими уровнями.

• Поглощение: Атом поглощает фотон, и его электрон переходит с нижнего энергетического уровня $E_1$ на более высокий $E_2$. Это возможно только в том случае, если энергия фотона $E_{ф}$ в точности равна разности энергий уровней: $E_{ф} = h\nu = E_2 - E_1$, где $\text{h}$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота света.

• Испускание: Находясь в возбуждённом состоянии на уровне $E_2$, электрон самопроизвольно возвращается на нижний уровень $E_1$, излучая при этом фотон с энергией, равной той же самой разности: $E_{ф} = h\nu = E_2 - E_1$.

Поскольку энергетические уровни для атома натрия строго определены, то и разность энергий $E_2 - E_1$ для конкретного перехода фиксирована. Следовательно, частота $\nu$ поглощаемого и испускаемого фотона при переходе между одними и теми же уровнями будет одинаковой. Таким образом, тёмные линии в спектре поглощения натрия будут расположены на тех же самых частотах, что и яркие линии в его спектре испускания.

Ответ: Частоты линий в спектре испускания натрия в точности совпадают с частотами линий в его спектре поглощения. Атомы поглощают свет тех же частот, которые они излучают, находясь в возбуждённом состоянии.