Страница 329 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

№ 6 НАБЛЮДЕНИЕ СПЛОШНОГО И ЛИНЕЙЧАТЫХ СПЕКТРОВ ИСПУСКАНИЯ

Цель работы

Наблюдать сплошной спектр от источника света, линейчатые спектры от разряда в разреженных газах.

Оборудование

Проекционный аппарат, раздвижная щель, набор спектральных трубок (например, с водородом, кислородом и неоном) с источником питания (рис. 223), плоскопараллельная пластина со скошенными гранями или однотрубный спектроскоп (для каждого ученика).

УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

1. Расположите стеклянную пластину горизонтально перед глазом. Сквозь скошенные грани пластины, образующие угол $45^\circ$, наблюдайте спектр света выбранного источника (лампа, солнечный свет).

2. Запишите, какой вид спектра вы наблюдаете, сколько в нём основных цветов и в какой последовательности они расположены.

3. Пронаблюдайте спектр того же источника, рассматривая свет сквозь скошенные грани пластины, образующие угол $60^\circ$. Запишите, чем этот спектр отличается от предыдущего. Сделайте и запишите вывод о зависимости протяжённости спектра от преломляющего угла призмы, в которой преломляется пучок белого света.

4. При наличии однотрубного спектроскопа пронаблюдайте спектр через него. Отличается ли спектр, полученный с помощью спектроскопа, от спектров, полученных с помощью плоскопараллельной пластины?

5. Пронаблюдайте через скошенные грани пластины или через однотрубный спектроскоп спектры, полученные от светящихся газоразрядных трубок. Какой вид спектров вы наблюдали? Нарисуйте в тетрадях примерный вид спектра от разряда в каждом из газов.

1. Расположите стеклянную пластину горизонтально перед глазом. Сквозь скошенные грани пластины, образующие угол 45°, наблюдайте спектр света выбранного источника (лампа, солнечный свет).

При прохождении света от источника (например, лампы накаливания или Солнца) через скошенные грани стеклянной пластины, которые действуют как призма с преломляющим углом $45°$, наблюдается явление дисперсии света. Белый свет, который представляет собой совокупность электромагнитных волн разной длины (и, соответственно, разного цвета), преломляется в стекле. Показатель преломления стекла зависит от длины волны света: для фиолетового света он больше, чем для красного ($n_{фиолетовый} > n_{красный}$). Из-за этой зависимости лучи разных цветов отклоняются на разные углы. В результате на выходе из пластины вместо одного белого луча мы видим непрерывную полосу цветов, плавно переходящих друг в друга — спектр.

Ответ: При наблюдении света от лампы или Солнца сквозь скошенные грани пластины видна радужная полоса — непрерывный (сплошной) спектр.

2. Запишите, какой вид спектра вы наблюдаете, сколько в нём основных цветов и в какой последовательности они расположены.

Наблюдаемый спектр является сплошным (непрерывным), так как в нём представлены все длины волн видимого диапазона, и цвета плавно переходят один в другой без разрывов. Условно в спектре выделяют семь основных цветов. Они располагаются в строгой последовательности в зависимости от длины волны. Наименьшее отклонение испытывает красный свет (наибольшая длина волны), а наибольшее — фиолетовый (наименьшая длина волны). Последовательность цветов такова: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

Ответ: Наблюдается сплошной спектр, в котором выделяют 7 основных цветов, расположенных в последовательности: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

3. Пронаблюдайте спектр того же источника, рассматривая свет сквозь скошенные грани пластины, образующие угол 60°. Запишите, чем этот спектр отличается от предыдущего. Сделайте и запишите вывод о зависимости протяжённости спектра от преломляющего угла призмы, в которой преломляется пучок белого света.

При использовании пластины со скошенными гранями под углом $60°$ наблюдаемый сплошной спектр становится заметно шире (протяжённее), чем спектр, полученный с помощью пластины с углом $45°$. Расстояние между крайними цветами спектра (красным и фиолетовым) увеличивается, и каждый цветовой участок становится более различимым. Это происходит потому, что угловая дисперсия — способность призмы разделять свет на составляющие — прямо зависит от её преломляющего угла $\alpha$. Для малых углов отклонения угловое расстояние между фиолетовым и красным лучами можно выразить как $\Delta\delta \approx (n_ф - n_к)\alpha$, где $n_ф$ и $n_к$ — показатели преломления для фиолетового и красного света. Увеличение преломляющего угла $\alpha$ приводит к увеличению $\Delta\delta$, то есть к увеличению ширины спектра.

Вывод: Протяжённость (ширина) спектра, получаемого при прохождении белого света через призму, увеличивается с увеличением преломляющего угла призмы.

Ответ: Спектр, полученный с помощью пластины с углом 60°, шире, чем спектр от пластины с углом 45°. Вывод: чем больше преломляющий угол призмы, тем больше протяжённость спектра.

4. При наличии однотрубного спектроскопа пронаблюдайте спектр через него. Отличается ли спектр, полученный с помощью спектроскопа, от спектров, полученных с помощью плоскопараллельной пластины?

Спектр, наблюдаемый через однотрубный спектроскоп, значительно отличается от спектра, полученного с помощью простой стеклянной пластины. Спектроскоп является точным оптическим прибором, содержащим входную щель для формирования узкого пучка света, коллиматор для создания параллельного пучка, диспергирующий элемент (качественную призму или дифракционную решётку) и окуляр для наблюдения. Благодаря этому спектр в спектроскопе получается гораздо более чётким, ярким и с лучшим разрешением. Цветовые полосы хорошо разделены, что позволяет рассмотреть тонкие детали спектра, которые не видны при использовании простой пластины. Спектр от пластины, как правило, более размытый и тусклый.

Ответ: Да, отличается. Спектр, полученный с помощью спектроскопа, значительно более чёткий, яркий и детальный, чем спектры, полученные с помощью плоскопараллельной пластины.

5. Пронаблюдайте через скошенные грани пластины или через однотрубный спектроскоп спектры, полученные от светящихся газоразрядных трубок. Какой вид спектров вы наблюдали? Нарисуйте в тетрадях примерный вид спектра от разряда в каждом из газов.

При наблюдении свечения разреженных газов в газоразрядных трубках (например, водорода, неона) наблюдается не сплошной, а линейчатый спектр испускания. В отличие от сплошного спектра, линейчатый состоит из отдельных ярких цветных линий, расположенных на тёмном фоне. Каждая линия соответствует определённой длине волны света, испускаемого атомами газа при переходе из возбуждённого состояния в состояние с меньшей энергией. Набор этих линий (положение и яркость) является уникальной характеристикой каждого химического элемента.

Примерный вид спектров (описание для рисунка):

• Водород: На тёмном фоне видны несколько отдельных линий. Наиболее яркие в видимой области: одна красная (линия $H_\alpha$), одна сине-зелёная ($H_\beta$) и несколько фиолетовых линий меньшей яркости.
• Неон: Наблюдается большое количество близко расположенных ярких линий, большинство из которых находится в оранжево-красной части спектра. Именно это придаёт неоновому свечению характерный красно-оранжевый цвет.
• Кислород: Спектр более сложный, содержит множество линий различной яркости, распределённых по всему видимому диапазону, с преобладанием линий в зелёной и жёлтой областях.

Ответ: Наблюдались линейчатые спектры, состоящие из набора отдельных цветных линий на тёмном фоне. Каждый газ имеет свой уникальный, неповторимый линейчатый спектр.