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.

Приборы и материалы Проекционный аппарат, раздвижная щель, набор спектральных трубок (например, с водородом, кислородом и неоном) с источником питания (рис. 215), плоскопараллельная пластина со скошенными гранями или однотрубный спектроскоп.

Указания к работе

1. Расположите стеклянную пластину горизонтально перед глазом. Сквозь скошенные грани пластины, образующие угол 45°, 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°. Запишите, чем этот спектр отличается от предыдущего. Сделайте 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 примерный вид спектра от разряда в каждом из газов.

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

При наблюдении света от лампы накаливания или солнечного света через призму (пластину со скошенными гранями) наблюдается сплошной спектр. Он представляет собой непрерывную радужную полосу, в которой цвета плавно переходят один в другой без каких-либо разрывов. В этом спектре выделяют семь основных цветов. Они расположены в строгой последовательности в порядке увеличения длины волны: фиолетовый, синий, голубой, зелёный, жёлтый, оранжевый, красный. Если перечислять в порядке уменьшения длины волны, то последовательность будет обратной: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

Ответ: Наблюдается сплошной спектр, состоящий из 7 основных цветов (красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый), плавно переходящих друг в друга.

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

Спектр, полученный при прохождении света через грани, образующие угол 60°, отличается от спектра, полученного через грани с углом 45°, своей большей протяжённостью (шириной). Цветовые полосы в спектре оказываются более растянутыми, и разделение между цветами становится более заметным. Это происходит из-за явления дисперсии света, которое заключается в зависимости показателя преломления вещества от длины волны (частоты) света. Преломляющий угол призмы $A$ влияет на угол отклонения лучей $\delta$. Угловая дисперсия, которая характеризует степень разделения цветов, прямо пропорциональна преломляющему углу. Таким образом, призма с большим преломляющим углом ($60° > 45°$) разделяет белый свет на составляющие его цвета сильнее, чем призма с меньшим углом.

Вывод: Протяжённость (ширина) спектра, получаемого с помощью призмы, напрямую зависит от её преломляющего угла. Чем больше преломляющий угол призмы, тем сильнее дисперсия и, следовательно, тем шире спектр.

Ответ: Спектр, полученный через грани с углом 60°, будет более широким (протяжённым), чем спектр от граней с углом 45°. Вывод: протяжённость спектра увеличивается с увеличением преломляющего угла призмы.

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

Да, спектр, наблюдаемый в спектроскоп, существенно отличается от спектра, полученного с помощью простой пластины со скошенными гранями. Спектроскоп — это специализированный оптический прибор, сконструированный для получения и исследования спектров. Он состоит из коллиматора (создающего параллельный пучок света), диспергирующего элемента (высококачественной призмы или дифракционной решётки) и зрительной трубы. Благодаря такой конструкции спектр, наблюдаемый в спектроскоп, получается гораздо более чётким, ярким и обладает высоким разрешением. Это позволяет не только ясно видеть основные цвета, но и различать тонкие детали спектра, которые невидимы при использовании простой стеклянной пластины.

Ответ: Да, отличается. Спектр, полученный с помощью спектроскопа, является более чётким, ярким и имеет лучшее разрешение по сравнению со спектром от плоскопараллельной пластины.

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

При наблюдении свечения разреженных газов в газоразрядных трубках наблюдаются линейчатые спектры испускания. В отличие от сплошного спектра, линейчатый спектр состоит из набора отдельных, чётко разделённых, ярких цветных линий на тёмном фоне. Положение, цвет и яркость этих линий строго определены и являются уникальной характеристикой каждого химического элемента. Таким образом, линейчатый спектр служит "оптическим отпечатком" атома.

Примерный вид спектров (словесное описание):

- Спектр водорода (H): В видимой части спектра видны несколько отдельных линий серии Бальмера: одна яркая красная линия (H-альфа, $\lambda \approx 656$ нм), одна сине-зелёная (H-бета, $\lambda \approx 486$ нм) и несколько более тусклых фиолетовых линий.

- Спектр неона (Ne): Характеризуется большим количеством ярких линий в оранжево-красной части спектра, что и придаёт неоновым лампам их характерный цвет. Наблюдается целый "лес" линий в этой области.

- Спектр кислорода (O): Представляет собой сложный линейчатый спектр со множеством линий по всему видимому диапазону, включая зелёные, жёлтые и красные линии.

Ответ: Наблюдались линейчатые спектры, состоящие из отдельных цветных линий на тёмном фоне. Каждый газ (водород, неон, кислород) имеет свой уникальный, неповторимый набор спектральных линий.