ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 8.5: Электромагнитные волны

План решения:

Для ответа на первый вопрос необходимо рассмотреть три основных типа спектров (непрерывный, линейчатый и полосатый) и связать их с источником излучения. Для второго вопроса нужно обратиться к закону Снеллиуса и понятию дисперсии света, объяснив физическую природу зависимости показателя преломления от длины волны.

Вычисление и обоснование:

1. Зависимость вида спектра от способа наблюдения. Вид спектра определяется не столько самим наблюдением, сколько природой источника света и средой, через которую он проходит. Если мы наблюдаем свет от раскалённого твёрдого тела или жидкости (например, нити лампы накаливания), мы видим непрерывный спектр , так как атомы в плотной среде взаимодействуют друг с другом, размывая энергетические уровни. Если же источник — разреженный газ под низким давлением (например, натриевая лампа), то мы увидим линейчатый спектр , состоящий из отдельных цветных линий, соответствующих дискретным переходам электронов между уровнями энергии. Если источник — молекулярный газ или пар, то наблюдается полосатый спектр , состоящий из групп близко расположенных линий, что обусловлено колебательными и вращательными степенями свободы молекул. Таким образом, способ наблюдения (через призму или дифракционную решётку) лишь позволяет разложить смешанный свет на составляющие, но сам вид спектра диктуется механизмом излучения.

2. Причины расхождения хода лучей разных длин волн. При прохождении света через грани призмы под разными углами происходит явление дисперсии . Согласно закону преломления Снеллиуса: n₁sinα=n₂sinβ. Показатель преломления среды n зависит от частоты (или длины волны) падающего света. В большинстве прозрачных сред (стекло, вода) показатель преломления уменьшается с увеличением длины волны (n_фиол >n_крас). Это означает, что фиолетовые лучи (короткая длина волны) преломляются сильнее, чем красные (длинная длина волна). Физически это связано с тем, что скорость распространения электромагнитной волны в веществе зависит от её частоты из-за взаимодействия электрического поля волны с электронами атомов среды. Чем ближе частота света к собственным частотам колебаний электронов, тем сильнее взаимодействие и тем больше замедляется волна (выше n).

Проверка:

Рассмотрим ход белого луча через стеклянную призму. Белый свет состоит из всех цветов радуги. На первой границе воздух-стекло каждый цвет преломляется под своим углом согласно своему значению n(λ). Внутри призмы лучи уже идут по разным направлениям. На второй границе стекло-воздух они снова преломляются, усиливая угловое расхождение. В результате на экране мы видим спектр, где фиолетовый край отклонён от первоначального направления сильнее всего, а красный — слабее всего. Это подтверждает теоретическое положение о зависимости показателя преломления от длины волны.