Обсуди с товарищами, страница 246 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны. Параграф 50. Дисперсия света. Цвета тел. Ответь на вопросы - страница 246.

Условие.

Рассмотрите рисунок 191, а, на котором показана схема устройства однотрубного спектроскопа. Спектроскоп сконструировал в 1815 г. немецкий физик Йозеф Фраунгофер (1787—1826). Этот прибор был необходим учёному для исследования явления дисперсии, которым он занимался в то время. Объясните по рисунку 191, б, почему при входе в призму ADB лучи отклоняются в сторону более широкой её части (угол преломления меньше угла падения), а при входе в призму DBE — в сторону более узкой её части (угол преломления больше угла падения). Расскажите, как работает однотрубный спектроскоп.

Решение.

Решение 2.

Объясните по рисунку 191, б, почему при входе в призму ADB лучи отклоняются в сторону более широкой её части (угол преломления меньше угла падения), а при входе в призму DBE — в сторону более узкой её части (угол преломления больше угла падения).

Это явление объясняется законом преломления света и разницей в оптических плотностях материалов, из которых сделаны призмы.

1. При переходе света из призмы ACD в призму ADB (граница AD), луч переходит из среды «лёгкий крон» (ЛК) в среду «тяжёлый флинт» (ТФ). По условию, показатель преломления тяжёлого флинта больше показателя преломления лёгкого крона для любого цвета: $n_{ТФ} > n_{ЛК}$. Это означает, что свет переходит из оптически менее плотной среды в более плотную.

Согласно закону преломления света (закону Снеллиуса) $n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta$, где $\alpha$ — угол падения, а $\beta$ — угол преломления. В нашем случае $n_1 = n_{ЛК}$ и $n_2 = n_{ТФ}$. Так как $n_{ТФ} > n_{ЛК}$, для выполнения равенства необходимо, чтобы $\sin\beta < \sin\alpha$, что для острых углов означает $\beta < \alpha$. Таким образом, угол преломления меньше угла падения. При прохождении через преломляющую поверхность призмы луч отклоняется к её основанию (более толстой части). Для призмы ADB это широкая часть AB.

2. При переходе света из призмы ADB в призму DBE (граница DB), луч переходит из среды «тяжёлый флинт» (ТФ) в среду «лёгкий крон» (ЛК). В этом случае свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную ($n_{ТФ} > n_{ЛК}$).

По закону преломления $n_{ТФ} \sin\alpha' = n_{ЛК} \sin\beta'$. Так как $n_{ЛК} < n_{ТФ}$, должно выполняться условие $\sin\beta' > \sin\alpha'$, что означает $\beta' > \alpha'$. Угол преломления больше угла падения. В этом случае луч света отклоняется от перпендикуляра к границе раздела сред, что геометрически соответствует отклонению в сторону вершины E призмы DBE, то есть её более узкой части.

Ответ:Отклонение лучей происходит в соответствии с законом преломления света. При входе в призму ADB из ЛК в ТФ свет переходит в оптически более плотную среду, поэтому угол преломления меньше угла падения и луч отклоняется к основанию (широкой части). При входе в призму DBE из ТФ в ЛК свет переходит в оптически менее плотную среду, поэтому угол преломления больше угла падения и луч отклоняется от основания (в сторону узкой части).

Расскажите, как работает однотрубный спектроскоп.

Однотрубный спектроскоп — это оптический прибор, предназначенный для визуального наблюдения спектров испускания. Его работа основана на явлении дисперсии света. Рассмотрим принцип действия по схеме на рисунке 191, а.

1. Свет от исследуемого источника (S) проходит через узкую входную щель (3). Щель служит для формирования тонкого и чётко очерченного пучка света, который будет анализироваться.

2. Далее расходящийся пучок света от щели попадает на собирающую линзу (2), называемую коллиматором. Щель (3) расположена в фокусе коллиматора, поэтому после прохождения линзы лучи света становятся параллельными. Создание параллельного пучка необходимо для того, чтобы все лучи одного цвета падали на диспергирующий элемент под одинаковым углом.

3. Параллельный пучок света направляется на диспергирующий элемент, в данном случае на сложную призму (1), называемую призмой прямого видения. Внутри призмы происходит явление дисперсии: показатель преломления стекла зависит от длины волны (цвета) света. Как правило, для фиолетового света показатель преломления больше, чем для красного ($n_Ф > n_К$). Из-за этого лучи разных цветов преломляются на границах сред под разными углами. В результате белый свет разлагается в спектр — на выходе из призмы получаются расходящиеся под разными углами параллельные пучки света разных цветов. Фиолетовые лучи отклоняются сильнее всего, а красные — меньше всего (как показано на рис. 191, б).

4. Разложенный в спектр свет попадает в объектив зрительной трубы, представленный линзой (4). Эта линза фокусирует параллельные лучи каждого цвета в определённые точки своей фокальной плоскости. В результате в этой плоскости формируется последовательность цветных изображений входной щели — спектр.

5. Наблюдатель, глядя в окуляр зрительной трубы (на схеме не показан, но располагается за линзой 4), видит увеличенное изображение этого спектра. Если источник света испускает сплошной спектр (например, лампа накаливания), наблюдатель увидит радужную полоску. Если источник испускает линейчатый спектр (например, разреженный газ), наблюдатель увидит набор отдельных цветных линий.

Ответ:Принцип работы спектроскопа заключается в следующем: свет от источника проходит через щель и коллиматор, который формирует параллельный пучок света. Этот пучок направляется на призму, где вследствие дисперсии разлагается в спектр. Зрительная труба позволяет наблюдать полученный спектр, фокусируя лучи каждого цвета в отдельные изображения щели.