16937D Тепловое излучение тел

Тепловое излучение тел

Все тела излучают электромагнитные волны. При комнатной температуре это невидимые инфракрасные волны. При нагревании тела максимум излучения смещается в область высоких частот (коротких длин волн). На рисунке представлены кривые интенсивности излучения для тел разной температуры. Так, например, кусок железа, нагретый до 550 °С, излучает в основном волны, воспринимаемые глазом как свет красного цвета. По мере повышения температуры цвет излучения меняется: при 1000 °С становится жёлтым, при 1500 °С – белым.

При этом тела не только излучают, но и поглощают энергию. Тело, полностью поглощающее всё падающее на него излучение, называется абсолютно чёрным. В том случае, если температура тела больше температуры окружающей среды, излучение будет преобладать над поглощением и тело будет охлаждаться.

Теплокровным животным и человеку для поддержания температуры тела необходимо постоянно пополнять энергию. Причём чем меньше размеры тела, тем больше энергии в единицу времени расходует тело в расчёте на единицу массы.

Пища и кислород являются исходными веществами биологических реакций, в результате которых образуются белки, ферменты и другие химические соединения, запасающие энергию. В целом все химические процессы, протекающие в живом организме, называются метаболизмом. Скорость метаболизма зависит от частоты дыхания.

Стакан с горячим чаем оставили в большом прохладном помещении. С течением времени температура чая сравнялась с температурой окружающего воздуха. Как при этом изменилась интенсивность теплового излучения чая? Ответ поясните.
Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Абсолютно чёрное тело отражает всё падающее на него излучение.    
2)  Если температура тела больше температуры окружающей среды, то тело не участвует в поглощении энергии.    
3)  При увеличении температуры тела интенсивность его излучения не меняется.   
4)  При увеличении температуры фотосферы звезды максимум в спектре излучения смещается в область меньших длин волн.    
5)  Ежесуточный пищевой рацион, рассчитанный на 1 кг массы тела, у мыши больше, чем у слона.

9578FF Термоэлементы

Термоэлементы

Рассмотрим цепь, составленную из проводников, изготовленных из разных металлов (см. рисунок). Если места спаев металлов находятся при одной температуре, то тока в цепи не наблюдается. Положение станет совершенно иным, если мы нагреем какой-нибудь из спаев, например, спай a. В этом случае гальванометр покажет наличие в цепи электрического тока, протекающего всё время, пока существует разность температур между спаями a и b.

Цепь, состоящая из железного и двух медных проводников
и гальванометра

Значение силы тока, протекающего в цепи, приблизительно пропорционально разности температур спаев. Направление тока зависит от того, какой из спаев находится при более высокой температуре. Если спай a не нагревать, а охлаждать (поместить, например, в сухой лёд), то ток потечёт в обратном направлении.

Описанное явление было открыто в 1821 г. немецким физиком Зеебеком и получило название термоэлектричества, а всякую комбинацию проводников из разных металлов, образующих замкнутую цепь, называют термоэлементом.

Важным применением металлических термоэлементов является их использование для измерения температуры. Термоэлементы, используемые для измерения температуры (так называемые термопары), обладают перед обычными жидкостными термометрами рядом преимуществ: термопары можно использовать для измерения как очень высоких (до 2000 °С), так
и очень низких температур. Помимо этого, термопары дают более высокую точность измерения температуры и гораздо быстрее реагируют на изменение температуры.

1)  Термопара – это устройство, служащее для измерения температуры.    
2)  Явление термоэлектричества было открыто в начале XX в.   
3)  Время протекания тока в термопаре зависит от разности температур спаев.    
4)  Если температуры спаев a и b равны комнатной температуре, то ток в гальванометре равен нулю.    
5)  По сравнению с термопарами жидкостные термометры характеризуются более быстрым реагированием на изменение температуры.
Спаи a и b (см. рисунок в тексте) поместили в сухой лёд. Изменятся ли при этом, и если изменятся, то как, показания гальванометра? Ответ поясните.

247D20 Исторические опыты по определению скорости света и звука

Исторические опыты по определению скорости света и звука

В 1607 г. Галилео Галилей впервые в истории физики предпринял попытку определить скорость света с помощью следующего опыта: два наблюдателя (А и В), снабжённые закрывающимися фонарями, расходились на большое расстояние D друг от друга (рисунок 1). Наблюдатель А открывал свой фонарь, и свет через некоторый промежуток времени доходил до наблюдателя В, который в тот же момент открывал свой фонарь. Когда второй сигнал доходил обратно до наблюдателя А, тот отмечал время τ, протёкшее от момента подачи им сигнала до момента его возвращения. Тогда скорость света с можно было бы рассчитать по формуле: c=2Dτ.

Рисунок 1

Однако опыты Галилея оказались неудачными и не позволили определить скорость света.

Похожая схема опыта была применена в 1630 г. французским учёным
М. Марсенном для определения скорости звука в воздухе. Марсенн поставил на определённом расстоянии D двух человек. Один выстрелил из мушкета (огнестрельного оружия), а другой отметил время τ, прошедшее между вспышкой от выстрела и долетевшим до него звуком. Поделив расстояние на время, Марсенн нашёл, что скорость звука υ равна 230 туазам в секунду, что соответствует 448 метрам в секунду ( мс ). Опыты Марсенна оказались неточными (скорость звука в воздухе на самом деле составляет примерно
330 мс ), но впервые позволили оценить порядок величины для скорости звука. В 1738 г. французская Академия наук повторила опыт по измерению скорости звука. Опыт был поставлен на холме Монмартр близ Парижа. Было установлено, что скорость звука равна 171 туазу в секунду.

В 1826 г. швейцарские физики Ж. Колладон и Ш. Штурм на Женевском озере провели опыт по измерению скорости звука в воде. Экспериментаторы разъехались на лодках на расстояние D = 14 км друг от друга. На одной лодке производилась вспышка пороха, и одновременно молоток ударял по колоколу, опущенному в воду. На другой лодке измерялось время между вспышкой пороха и появлением звука в слуховом рупоре, также опущенном в воду (рисунок 2). Для скорости звука в воде было получено значение, равное 1440 мс.

Рисунок 2

Измерения какой физической величины (расстояния или времени) обрекли опыты Галилея на неудачу? Ответ поясните.
Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Для определения скорости звука Марсенн использовал формулу υ= 2D/τ.    
2)  Целью опыта Колладона являлось доказать, что звук может распространяться в воде.    
3)  Скорость звука в воде более чем в 4 раза превышает скорость звука
в воздухе.    
4)  Для того чтобы успешно измерить скорость света, Галилею вместо фонарей следовало использовать мушкеты.   
 5)  Туаз является внесистемной единицей для измерения расстояния и равен примерно 1,9 м.

1DD478 Молния и гром

Молния и гром

Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках – образованиях из мелких частиц воды, находящейся в жидком или твёрдом состоянии. При дроблении водяных капель и кристаллов льда, при столкновениях их с ионами атмосферного воздуха крупные капли и кристаллы приобретают избыточный отрицательный заряд, а мелкие – положительный. Восходящие потоки воздуха в грозовом облаке поднимают мелкие капли и кристаллы к вершине облака, крупные капли и кристаллы опускаются к его основанию.

Заряженные облака наводят на земной поверхности под собой противоположный по знаку заряд. Внутри облака и между облаком и Землёй создаётся сильное электрическое поле, которое способствует ионизации воздуха и возникновению искровых разрядов (молний) как внутри облака, так и между облаком и поверхностью Земли.

Гром возникает вследствие резкого расширения воздуха при быстром повышении температуры в канале разряда молнии.

Вспышку молнии мы видим практически одновременно с разрядом, так как скорость распространения света очень велика (3·108 мс ). Разряд молнии длится всего 0,1–0,2 с.

Звук распространяется значительно медленнее. В воздухе его скорость равна примерно 330 мс. Чем дальше от нас произошёл разряд молнии, тем длиннее пауза между вспышкой света и громом. Гром от очень далёких молний вообще не доходит: звуковая энергия рассеивается и поглощается по пути. Такие молнии называют зарницами. Как правило, гром слышен на расстоянии до 15–20 км; таким образом, если наблюдатель видит молнию, но не слышит грома, то гроза находится на расстоянии более 20 км.

Гром, сопровождающий молнию, может длиться в течение нескольких секунд. Существует две причины, объясняющие, почему вслед за короткой молнией слышатся более или менее долгие раскаты грома. Во-первых, молния имеет очень большую длину (она измеряется километрами), поэтому звук от разных её участков доходит до наблюдателя в разные моменты времени. Во-вторых, происходит отражение звука от облаков и туч – возникает эхо. Отражением звука от облаков объясняется происходящее иногда усиление громкости звука в конце громовых раскатов.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
   1)  Громкость звука всегда ослабевает в конце громовых раскатов.    2)  Воспринимаемый человеком интервал времени между молнией и сопровождающим её громовым раскатом никогда не бывает более 1 мин.    3)  Для того чтобы оценить, приближается к нам гроза или нет, необходимо измерить время между двумя вспышками молнии.    4)  Гром объясняется резким перепадом давления воздуха при быстром повышении температуры в канале разряда молнии.    5)  Молнии приводят к резкому возрастанию заряда, наведенного на поверхности земли.
Молнии могут проходить в самих облаках – внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю – наземные молнии. В случае механизма электризации, описанного в тексте, как направлен (сверху вниз или снизу вверх) электрический ток разряда наземной молнии? Ответ поясните.

AA8E94 Магнитные мины

Магнитные мины

Любое железное или стальное тело, внесённое в поле магнита, намагничивается, то есть само становится постоянным магнитом. Ещё
в конце XVI в. английский физик Гильберт заметил, что все железные колонны, стоящие вертикально в Ирландии, сами по себе становятся магнитами, причём нижний их конец всегда является южным полюсом. Известно, что стальные корпуса кораблей во время постройки приобретают намагниченность за счёт магнитного поля Земли и становятся гигантскими плавающими магнитами.

Самопроизвольное намагничивание железных предметов в магнитном поле Земли было использовано в годы Великой Отечественной войны для устройства магнитных мин, которые устанавливались на некоторой глубине и взрывались при прохождении над ними корабля. Механизм, заставляющий мину всплывать и взрываться, приходил в действие, когда магнитная стрелка, вращающаяся вокруг горизонтальной оси, поворачивалась под влиянием магнитного поля проходящего над миной железного корабля, который всегда оказывается самопроизвольно намагниченным.

Исследовательская группа под руководством И.В. Курчатова придумала, как обезвредить магнитную мину. Применялось два способа: магнитное траление этих мин и нейтрализация магнитного поля корабля.

Первый способ заключался в том, что самолёт, летящий низко над поверхностью моря, проносил над этим участком подвешенный к нему на тросах сильный магнит (или электромагнит). Под влиянием поля магнита или магнитного поля тока механизмы всех мин приходили в действие, и мины взрывались, не причиняя вреда.

Второй способ состоял в том, что на самом корабле укреплялись петли из изолированного провода и по ним пропускались токи с таким расчётом, чтобы магнитное поле этих токов было равно по величине и противоположно по направлению полю намагниченного корабля. Оба поля, складываясь, компенсировали друг друга, и корабль свободно проходил над магнитной миной, не приводя в действие её механизм.

Из какого материала – стали или дерева – следует строить научно-исследовательские корабли для изучения магнитного поля Земли? Ответ поясните.  
Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Механизм действия магнитных мин в годы Великой Отечественной войны использовал явление самопроизвольного намагничивания железных предметов в магнитном поле Земли.    
2)  Для нейтрализации магнитного поля корабля использовалось пропускание электрического тока по кольцевым проводам, которые закреплялись на корабле.   
3)  Один из способов обезвреживания глубинных магнитных мин основывался на использовании постоянных магнитов, подвешенных на тросах к кораблю.    
4)  В основе действия магнитных мин в годы Великой Отечественной войны лежит явление возникновения электрического тока при изменении магнитного потока поля Земли.    
5)  Любое металлическое тело, внесённое в поле магнита, намагничивается и становится постоянным магнитом.

C99729 Невидимый свет

Невидимый свет

Ещё во времена античности было известно, что солнечные лучи несут не только свет, но и тепло. В 1800 году английский учёный У. Гершель, двигая чувствительный термометр вдоль солнечного спектра, обнаружил нагревание термометра в области, находящейся за границей красной части спектра и невидимой для глаза. Так было открыто инфракрасное излучение.

В 1801 г. немецкий физик И. Риттер исследовал химическое воздействие излучения различных участков солнечного спектра с помощью хлорида серебра (оно чернеет под действием света). Учёный обнаружил, что потемнение хлорида серебра постепенно возрастает при переходе от красной к фиолетовой части спектра и достигает максимума за фиолетовой областью, там, где глаз не воспринимает никаких лучей. Так было открыто ультрафиолетовое излучение.

Ультрафиолетовый спектр разделяют на ультрафиолет-А (УФ-A) с длиной волны 315–390 нм, ультрафиолет-В (УФ-B) – 280–315 нм и ультрафиолет-С (УФ-С) – 100–280 нм, которые отличаются по проникающей способности и   биологическому воздействию на организм. Коротковолновая часть ультрафиолета, излучаемого Солнцем (ультрафиолет-С), не достигает поверхности Земли. Из-за наличия озонового слоя в атмосфере Земли, поглощающего ультрафиолетовые лучи, спектр солнечного излучения вблизи поверхности Земли практически обрывается на длине волны 290 нм.

Под действием ультрафиолета в коже человека вырабатывается особый пигмент, интенсивно отражающий эту часть солнечного спектра. При этом кожа приобретает характерный оттенок, известный как загар. Максимально интенсивно загар формируется при длине волны 340 нм.

Недостаток УФ-лучей опасен для человека, так как эти лучи являются стимулятором основных биологических процессов организма. Наиболее выраженное проявление «ультрафиолетовой недостаточности» – авитаминоз, при котором нарушается фосфорно-кальциевый обмен и процесс костеобразования, а также происходит снижение работоспособности и защитных свойств организма от заболеваний. Подобные проявления характерны для осенне-зимнего периода при значительном недостатке естественной ультрафиолетовой радиации (так называемое «световое голодание»).

Однако нельзя забывать, что положительное действие ультрафиолетовых лучей на организм человека проявляется только при определённых дозах солнечной радиации, особенно её коротковолновой части, с действием которой человек сталкивается, находясь, например, на высокогорных курортах. Передозировка может нанести непоправимый вред – вызвать серьёзные расстройства нервной, сердечнососудистой и других жизненно важных систем организма.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Возникновение солнечного загара на коже человека связано преимущественно с воздействием ультрафиолета-A.    
2)  Термин «световое голодание» связывают с отсутствием ультрафиолетового излучения с длиной волны более 290 нм.    
3)  Ультрафиолет имеет частоту, меньшую частоты видимого света.    
4)  Ультрафиолет вреден для организма человека.    
5)  Потемнение хлорида серебра в опытах И. Риттера постепенно возрастает при переходе от фиолетовой части спектра к красной части спектра.
На рисунке представлен спектр излучения сварочной дуги. undefined При работе сварщикам необходимо пользоваться средствами защиты для глаз и кожи. Какое излучение представляет при этом наибольшую опасность? Ответ поясните.  

731A1D Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли

Земля в целом представляет собой огромный шаровой магнит. Ядро Земли является жидким и состоящим из железа. Существует теория, что в ядре циркулируют круговые токи, которые и порождают земное магнитное поле (см. рисунок).

Как узнать, были ли в далёком прошлом Земли периоды, когда геомагнитное поле отличалось от нынешнего? Оказывается, следы есть: горные породы, содержащие железные сплавы, намагничиваются в период своего формирования под действием магнитного поля Земли и сохраняют приобретённую намагниченность в последующие эпохи. Величина и направление этой остаточной намагниченности соответствуют магнитному полю, существовавшему в данной точке земной поверхности при образовании породы, то есть миллионы и сотни миллионов лет назад.

Обыкновенная лава, вытекающая из вулкана при его извержении, всегда содержит некоторое количество сплавов железа. При остывании и   кристаллизации лавы в неё как бы вмораживается множество железосодержащих кристалликов, превратившихся в миниатюрные магнитные стрелки, ориентированные вдоль линий индукции магнитного поля Земли.

Изучение лавовых напластований, проведённое в разных точках Земли, показывает, что за последние примерно 700 тыс. лет геомагнитное поле практически не изменялось. Но исследования более глубоких и, следовательно, древних слоёв показало, что лавовые напластования представляют собой настоящий слоёный пирог – за верхним слоем с «нормальными» линиями индукции шёл слой с линиями «обратной» полярности, то есть такими, которые соответствуют геомагнитному полю с полюсами, поменявшимися местами. За последние 4 млн лет геомагнитное поле изменяло свою полярность не менее девяти раз!

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Любое тело во внешнем магнитном поле намагничивается и становится постоянным магнитом.    
2)  Магнитное поле Земли имеет внеземное происхождение.    
3)  Железосодержащие кристаллики в лавовых напластованиях являются маленькими постоянными магнитами.    
4)  Если бы в Австралии в настоящее время установили железные колонны, то они намагнитились бы таким образом, что северный полюс у них был бы внизу.    
5)  Несимметричность магнитного поля Земли связана с воздействием солнечного ветра (потока заряженных частиц).
В тексте говорится, что «за последние 4 млн лет геомагнитное поле изменяло свою полярность не менее девяти раз». Будет ли правильным утверждать, что полярность магнитного поля Земли меняется примерно каждые 440 тыс. лет? Ответ поясните.

E372A0 Изучение спектров

Изучение спектров

Все нагретые тела излучают электромагнитные волны. Чтобы экспериментально исследовать при неизменной температуре зависимость интенсивности излучения от длины волны, необходимо:

1)  разложить излучение в спектр;

2)  измерить распределение энергии в спектре.

Для получения и исследования спектров служат спектральные аппараты – спектрографы. Схема призменного спектрографа представлена на рисунке. Исследуемое излучение поступает сначала в трубу, на одном конце которой имеется ширма с узкой щелью, а на другом – собирающая линза L1. Щель находится в фокусе линзы. Поэтому расходящийся световой пучок, попадающий на линзу из щели, выходит из неё параллельным пучком
и падает на призму Р.

Так как разным частотам соответствуют различные показатели преломления, то из призмы выходят параллельные световые пучки разного цвета, не совпадающие по направлению. Они падают на линзу L2. На фокусном расстоянии от этой линзы располагается экран, матовое стекло или фотопластинка. Линза L2 фокусирует параллельные пучки лучей на экране,
и вместо одного изображения щели получается целый ряд изображений. Каждой частоте (точнее, узкому спектральному интервалу) соответствует своё изображение в виде цветной полоски. Все эти изображения вместе
и образуют спектр.

Энергия излучения вызывает нагревание тела, поэтому достаточно измерить температуру тела и по ней судить о количестве поглощённой
в единицу времени энергии. В качестве чувствительного элемента можно взять тонкую металлическую пластину, покрытую тонким слоем сажи, и по нагреванию пластины судить об энергии излучения в данной части спектра.

Как изменится картинка на экране, если линзу 2 заменить на собирающую линзу с большей оптической силой при прочих неизменных условиях? Ответ поясните.
Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  При прохождении через призму белого света в наибольшей степени преломляются фиолетовые лучи.
2)  Разложение света в спектр в аппарате, изображённом на рисунке, основано на явлении дисперсии.    
3)  В устройстве призменного спектрографа линза L1 служит для фокусировки лучей определённой частоты в узкую полоску на экране.    
4)  Труба с линзой L1 на конце служит для разложения света в спектр.    
5)  С помощью металлической пластины, покрытой сажей, определяют длину волны падающего электромагнитного излучения.

6D6FAD Принцип действия индукционной плиты

Принцип действия индукционной плиты

В основе действия индукционной плиты лежит явление электромагнитной индукции – возникновения электрического тока
в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока через площадку, ограниченную контуром проводника. Индукционные токи при изменении магнитного поля возникают и в массивных образцах металла, а не только
в проволочных контурах. Эти токи обычно называют вихревыми токами, или токами Фуко, по имени открывшего их французского физика. Сила вихревого тока зависит от свойств материала, из которого сделан образец,
а также от скорости изменения магнитного поля (сила вихревого тока увеличивается при увеличении частоты переменного магнитного поля,
в котором находится образец). В массивных проводниках вследствие небольшого электрического сопротивления токи могут быть очень сильными и вызывать значительное нагревание.

Принцип работы индукционной плиты показан на рисунке. Под стеклокерамической поверхностью плиты находится катушка индуктивности, по которой протекает переменный электрический ток, создающий переменное магнитное поле. Частота тока составляет 20–60 кГц. В дне посуды наводятся токи индукции, которые нагревают его, а заодно
и помещённые в посуду продукты. Нет никакой теплопередачи снизу вверх, от конфорки через стекло к посуде, а значит, нет и тепловых потерь. С точки зрения эффективности использования потребляемой электроэнергии индукционная плита выгодно отличается от всех других типов кухонных плит: нагрев происходит быстрее, чем на газовой или обычной электрической плите, а КПД нагрева у индукционной плиты выше, чем
у этих плит.

Устройство индукционной плиты: 1 – посуда с дном из ферромагнитного материала; 2 – стеклокерамическая поверхность;
3 – слой изоляции; 4 – катушка индуктивности

Индукционные плиты требуют применения металлической посуды, обладающей ферромагнитными свойствами (к посуде должен притягиваться магнит). Причём чем толще дно, тем быстрее происходит нагрев.

Изменится ли, и если изменится, то как, время нагревания кастрюли на индукционной плите при увеличении частоты переменного электрического тока в катушке индуктивности под стеклокерамической поверхностью плиты? Ответ поясните.
Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
   1)  Принцип действия индукционной плиты основан на явлении электромагнитной индукции.    2)  Индукционные токи возникают в стеклокерамической поверхности плиты.    3)  Большие тепловые потери при использовании индукционной плиты обусловлены высокой теплопередачей от конфорки к посуде.    4)  Посуда для индукционной плиты должна всегда быть намагниченной.    5)  Коэффициент полезного действия индукционной плиты больше, чем у обычной электрической плиты.

AC514D Масс-спектрограф

Масс-спектрограф

Одним из важнейших способов качественной идентификации веществявляется масс-спектроскопия.Схема масс-спектрографа, позволяющего разделить различные ионы по величине отношения их заряда к массе, представлена на рисунке.

Исследуемый образец специальными методами (испарением, электронным ударом) переводится в газообразное состояние, затем образовавшийся газ ионизируется в источнике 1. Затем ионы ускоряются электрическим полем и формируются в узкий пучок в ускоряющем устройстве 2,после чего через узкую входную щель попадают в камеру 3,
в которой создано однородное магнитное поле. Магнитное поле изменяет траекторию движения заряженных частиц. Под действием силы Лоренца ионы начинают двигаться по дуге окружности и попадают на экран 4, где регистрируется место их попадания. Методы регистрации могут быть различными: фотографическими, электронными и т.д.

Радиус траектории определяется по формуле

R=√2Um/B2q

где U – электрическое напряжение ускоряющего электрического поля;

В – индукция магнитного поля;

m и q – соответственно масса и заряд частицы.

Так как радиус траектории зависит от массы и заряда иона, то разные ионы попадают на экран на различном расстоянии от источника, что
и позволяет их разделять и анализировать состав образца.

В настоящее время разработаны многочисленные типы масс-спектрометров, принципы работы которых отличаются от рассмотренного выше. Изготавливаются, например, динамические масс-спектрометры,
в которых массы исследуемых ионов определяются по времени пролёта от источника до регистрирующего устройства.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  При увеличении магнитной индукции в 2 раза радиус окружности, по которой движется ион, уменьшится в 2 раза.    
2)  Под действием силы со стороны электрического поля ионы начинают двигаться по дуге окружности.    
3)  В масс-спектрографе электрическое поле служит для ускорения заряженной частицы, а магнитное поле служит для изменения направления её движения.    
4)  Радиус траектории иона в магнитном поле зависит только от его массы.    
5)  Магнитное поле в масс-спектрографе противоположно по направлению скорости движения ионов.
В магнитное поле спектрографа влетели с одинаковой скоростью две заряженные частицы (см. рисунок). Какая из частиц (1 или 2) имеет положительный заряд? Ответ поясните.   undefined

CDD920 Опыты Гильберта по магнетизму

Опыты Гильберта по магнетизму

В 1600 г. была напечатана книга Вильяма Гильберта «О магните», которая содержит много опытов по магнетизму.

Гильберт выдвинул гипотезу, что наша Земля – большой круглый магнит, причём он полагал, что географические полюсы почти совпадают с магнитными. Гильберт вырезал из природного магнита шар так, чтобы в нём получились полюсы в двух диаметрально противоположных точках. Этот шарообразный магнит он назвал тереллой, то есть маленькой Землёй. Приближая к терелле подвижную магнитную стрелку, можно наглядно показать, как меняются положения магнитной стрелки, которые она принимает в различных точках земной поверхности: на экваторе стрелка расположена параллельно плоскости горизонта, на полюсе – перпендикулярно плоскости горизонта (рисунок 1). Угол, на который отклоняется магнитная стрелка в вертикальной плоскости от плоскости горизонта, называется углом наклонения.

Рис. 1. Опыты Гильберта с тереллойРис. 2. Магнитное поле Земли

На рисунке 2 схематично изображены магнитные линии Земли. На экваторе величина вектора магнитной индукции составляет примерно 30 мкТл, на географической широте 50° – примерно 50 мкТл.

В своей работе Гильберт рассмотрел также различные способы намагничивания железа. Рассмотрим опыт, обнаруживающий «магнетизм через влияние». Подвесим на нитках две железные полоски параллельно друг другу и будем медленно подносить к ним большой постоянный магнит. При этом нижние концы полосок расходятся, так как намагничиваются одинаково (рисунок 3а). При дальнейшем приближении магнита нижние концы полосок несколько сходятся, так как притяжение полосок к магниту становится больше, чем отталкивание полосок друг от друга (рисунок 3б).

На рисунке показаны опыты по изучению поведения магнитного стрелки, которая может поворачиваться в горизонтальной и вертикальной плоскости, вблизи поверхности тереллы. При изображении положения стрелки по результатам одного из опытов (1–4) была допущена ошибка. Какой это опыт? Ответ поясните. undefined undefined  
Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Магнитные полюсы тереллы расположены в точках А и В.    
2)  На рисунке 3б на нижнем конце правой полоски возникает южный полюс.    
3)  На рисунке 3а и 3б в обоих случаях на нижнем конце правой полоски возникает северный полюс.    
4)  По мере движения по земной поверхности вдоль меридиана от полюса
к экватору величина магнитного поля увеличивается.    
5)  По мере движения по земной поверхности вдоль меридиана от полюса к экватору угол наклонения магнитной стрелки увеличивается от 0° до 90°.

96C06A Фотолюминесценция

Фотолюминесценция

Некоторые вещества при освещении электромагнитным излучением сами начинают светиться. Такое свечение, или люминесценция, отличается важной особенностью: свет люминесценции имеет иной спектральный состав, чем свет, вызвавший свечение. Наблюдения показывают, что свет люминесценции характеризуется большей длиной волны, чем возбуждающий свет. Например, если пучок фиолетового света направить на колбочку с раствором красителя флуоресцеина, то освещённая жидкость начинает ярко люминесцировать зелёно-жёлтым светом.

Некоторые тела сохраняют способность светиться некоторое время после того, как освещение их прекратилось. Такое послесвечение может иметь различную длительность: от долей секунды до многих часов. Принято называть свечение, прекращающееся с освещением, флуоресценцией, а свечение, имеющее заметную длительность, – фосфоресценцией.

Ткани человека содержат большое количество разнообразных природных флуорофоров, которые имеют различные спектральные области флуоресценции. На рисунке представлены спектры свечения основных флуорофоров биологических тканей и шкала электромагнитных волн.

Фосфоресцирующие кристаллические порошки используются для покрытия специальных экранов, сохраняющих своё свечение две-три минуты после освещения. Такие экраны светятся и под действием рентгеновских лучей.

Очень важное применение нашли фосфоресцирующие порошки при изготовлении ламп дневного света. В газоразрядных лампах, наполненных парами ртути, при прохождении электрического тока возникает ультрафиолетовое излучение. Советский физик С.И. Вавилов предложил покрывать внутреннюю поверхность таких ламп специально изготовленным фосфоресцирующим составом, дающим при облучении ультрафиолетом видимый свет. Подбирая состав фосфоресцирующего вещества, можно получить спектральный состав излучаемого света, максимально приближенный к спектральному составу дневного света.

Явление люминесценции характеризуется крайне высокой чувствительностью: достаточно иногда 10 – 10 г светящегося вещества, например, в растворе, чтобы обнаружить это вещество по характерному свечению. Это свойство лежит в основе люминесцентного анализа, который позволяет обнаружить ничтожно малые примеси и судить о загрязнениях или процессах, приводящих к изменению исходного вещества.

Два одинаковых кристалла, имеющих свойство фосфоресцировать в жёлтой части спектра, были предварительно освещены: первый – красными лучами, второй – синими лучами. Для какого из кристаллов можно будет наблюдать послесвечение? Ответ поясните.  
Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  В газоразрядных лампах при прохождении электрического тока пары ртути излучают только видимый свет.    
2)  Согласно приведённым данным (см. рисунок в тексте) максимум излучения пироксидина лежит в фиолетовой области.    
3)  Возбуждённые молекулы флуоресцеина дают яркое фиолетовое свечение.    
4)  Люминесцентный анализ – это метод исследования состава объектов, основанный на наблюдении их свечения.     
5)  Флуорофоры характеризуются заметной длительностью послесвечения.

8363A5 Солнечная активность

Солнечная активность

Одним из наиболее распространённых показателей уровня солнечной активности является число Вольфа, связанное с количеством солнечных пятен на видимой полусфере Солнца. Общий уровень солнечной активности меняется с периодом, примерно равным 11 годам (см. рисунок).

а) Солнечная активность в XVIII–XX вв.
б) Солнечная активность середины XX в. – начала XXI в.

В период активности на Солнце наблюдаются вспышки. Вспышка представляет собой нечто подобное взрыву, в результате которого образуется направленный поток очень быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и др.). Потоки заряженных частиц, несущихся с огромной скоростью, изменяют магнитное поле Земли, то есть приводят к появлению магнитных бурь на нашей планете.

Захваченные магнитным полем Земли заряженные частицы движутся
по спирали вдоль линий индукции магнитного поля и наиболее близко
к поверхности Земли проникают в области магнитных полюсов Земли.
В результате столкновений заряженных частиц с молекулами воздуха возникает видимое электромагнитное излучение – полярное сияние.

Цвет полярного сияния определяется химическим составом атмосферы. На высотах от 300 до 500 км, где воздух разрежен, преобладает кислород. Цвет сияния здесь может быть зелёным или красноватым. Ниже уже преобладает азот, дающий сияния ярко-красного и фиолетового цвета.

Можно ли утверждать, что Земля – единственная планета Солнечной системы, где возможно возникновение полярных сияний по механизму, описанному в тексте? Ответ поясните.  
Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Наибольшая активность полярных сияний наблюдается в экваториальных широтах.    
2)  Возникновение полярных сияний не связано с солнечной активностью, а обусловлено только изменением химического состава атмосферы.    
3)  2021 год приходится на максимум солнечной активности.    
4)  Изменения чисел Вольфа указывают не только на 11-летний цикл солнечной активности, но и на возможное присутствие цикла с более длительным периодом.    
5)  Цвет полярного сияния, возникающего на высоте 100 км, определяется преимущественно излучением азота.

737864 Открытие рентгеновских лучей

Открытие рентгеновских лучей

Рентгеновские лучи были открыты в 1895 г. немецким физиком Вильгельмом Рентгеном. Рентген заметил, что при торможении быстрых электронов на любых препятствиях возникает сильно проникающее излучение, которое учёный назвал Х-лучами (в дальнейшем за ними утвердится термин «рентгеновские лучи»). Когда Рентген держал руку между трубкой и экраном, то на экране были видны тёмные тени костей на фоне более светлых очертаний всей кисти руки.

Схема современной рентгеновской трубки для получения Х-лучей представлена на рисунке. Катод 1 представляет собой подогреваемую вольфрамовую спираль, испускающую электроны. Поток электронов фокусируется с помощью цилиндра 3, а затем соударяется с металлическим электродом (анодом) 2. При ударе электроны пучка резко тормозятся,
и возникают рентгеновские лучи. Напряжение между анодом и катодом достигает нескольких десятков киловольт. В трубке создаётся глубокий вакуум; давление газа в ней не превышает 10–5 мм рт. ст.

Согласно проведённым исследованиям рентгеновские лучи действовали на фотопластинку, вызывали ионизацию воздуха, не взаимодействовали с электрическими и магнитными полями. Сразу же возникло предположение, что рентгеновские лучи – это электромагнитные волны, которые в отличие от световых лучей видимого участка спектра и ультрафиолетовых лучей имеют гораздо меньшую длину волны. Но если рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны, то оно должно обнаруживать дифракцию – явление, присущее всем видам волн. Дифракцию рентгеновских волн удалось наблюдать на кристаллах. Кристалл с его периодической структурой и есть то «устройство», которое неизбежно должно вызвать заметную дифракцию рентгеновских волн, так как длина этих волн близка к периоду кристаллической решётки, который, в свою очередь, сопоставим с размерами атомов.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Рентгеновские лучи образуются при распространении электронов в вакууме.    
2)  Рентгеновские лучи образуются при резком торможении быстрых электронов в материале препятствия.    
3)  Доказательством волновой природы рентгеновских лучей является их дифракция на кристаллах.    
4)  Рентгеновские лучи взаимодействуют с электрическими и магнитными полями.    
5)  Доказательством волновой природы рентгеновских лучей является их высокая проникающая способность.
В 1896 г. русский и советский анатом В.Н. Тонков сделал на заседании Санкт-Петербургского антропологического общества доклад о применении электромагнитных лучей для изучения строения тела человека и животных. О каком электромагнитном излучении шла речь, и на чём основано использование этого вида излучения?

96981D Зелёный луч

Зелёный луч

Рефракция света в атмосфере – оптическое явление, вызываемое преломлением световых лучей в атмосфере и проявляющееся в кажущемся смещении удалённых объектов. Вследствие того, что атмосфера является средой оптически неоднородной (с высотой меняется температура, плотность, состав воздуха), лучи света распространяются в ней не прямолинейно, а по некоторой кривой линии. Наблюдатель видит объекты не в направлении их действительного положения, а вдоль касательной
к траектории луча в точке наблюдения (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Криволинейное распространение светового луча в атмосфере (сплошная линия) и кажущееся смещение объекта (пунктирная линия)

Показатель преломления зависит не только от свойств воздушных слоёв атмосферы, но и от длины световой волны (дисперсия света). Поэтому рефракция в атмосфере сопровождается разложением светового луча в спектр. Чем меньше длина волны светового луча, тем более сильную рефракцию он испытывает. Например, фиолетовые лучи преломляются сильнее, чем зелёные, а зелёные – сильнее, чем красные. Поэтому чем меньше длина волны луча, тем сильнее будет видимое смещение за счёт рефракции. В результате верхняя каёмка диска Солнца на восходе и закате может оказаться сине-зелёной, нижняя – оранжево-красной (рисунок 2).

Рисунок 2. Пояснение к появлению зелёного луча

Дисперсия солнечных лучей в наиболее явном виде проявляется в самый последний момент захода Солнца. Когда Солнце уходит за горизонт, последним лучом мы должны были бы увидеть фиолетовый. Однако самые коротковолновые лучи – фиолетовые, синие, голубые – на долгом пути в атмосфере (когда Солнце уже у горизонта) настолько сильно рассеиваются, что не доходят до земной поверхности. Кроме того, к лучам этой части спектра менее чувствительны глаза человека. Поэтому последний луч заходящего Солнца оказывается яркого изумрудного цвета. Это явление
и получило название «зелёный луч».

Зелёный луч может наблюдаться при очень прозрачном воздухе, чаще всего на морском горизонте. Если Солнце имеет на закате красный цвет и на него легко смотреть невооружённым глазом, то зелёного луча не будет, поскольку красный цвет солнечного диска указывает на сильное рассеяние атмосферой как синих, так и зелёных лучей.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Возможность увидеть зелёный луч в момент захода Солнца связана как
с дисперсией, так и с рассеянием солнечных лучей.    
2)  Наблюдаемое положение звёзд на ночном небе ниже их действительного положения.   
3)  Криволинейное распространение света при прохождении атмосферы объясняется преломлением света в неоднородных по плотности слоях атмосферы.    
4)  Чем меньше частота световой волны, тем более сильную рефракцию она испытывает.   
5)  Явление «зелёного луча» можно наблюдать только при восходе Солнца.
В ясную погоду наблюдают цвет Луны при её разных положениях: высоко над горизонтом и вблизи горизонта. В каком случае цвет Луны приобретает красный оттенок? Ответ поясните.  

74D77C Молния

Молния

Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака. В 1750 г. он опубликовал работу, в которой описал эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного в грозу. Франклин запустил змея в грозовое облако и обнаружил, что змей собирает электрический заряд.

Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках – образованиях из мелких частиц воды, находящейся в жидком или твёрдом состоянии. Сухой снег представляет собой типичное сыпучее тело: при трении снежинок друг о друга и их ударах о землю снег должен электризоваться. При низких температурах во время сильных снегопадов и метелей электризация снега настолько велика, что происходят зимние грозы, наблюдается свечение остроконечных предметов, образуются шаровые молнии.

При дроблении водяных капель и кристаллов льда, при столкновениях их с ионами атмосферного воздуха крупные капли и кристаллы приобретают избыточный отрицательный заряд, а мелкие – положительный. Восходящие потоки воздуха в грозовом облаке поднимают мелкие капли и кристаллы к вершине облака, крупные капли и кристаллы падают к его основанию.

Заряженные облака наводят на земной поверхности под собой противоположный по знаку заряд. Внутри облака и между облаком и Землёй создаётся сильное электрическое поле, которое способствует ионизации воздуха и возникновению искрового разряда. Сила тока разряда составляет 20 кА и более, температура в канале искрового разряда может достигать 10 000 °С. Разряд прекращается, когда бóльшая часть избыточных электрических разрядов нейтрализуется электрическим током, протекающим по плазменному каналу молнии.

Молнии могут проходить в самих облаках – внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю – наземные молнии. В случае механизма электризации, описанного в тексте, как направлен (сверху вниз или снизу вверх) электрический ток разряда внутриоблачной молнии? Ответ поясните.
Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
   1)  Вещество в канале молнии может находиться только в плазменном состоянии.    2)  Электрический ток в молнии создают нейтральные молекулы, входящие в состав воздуха.    3)  В результате восходящих потоков воздуха в грозовом облаке нижняя часть облака заряжается отрицательно, верхняя – положительно.    4)  В холодные зимние месяцы электризация облаков не наблюдается.    5)  Сила тока в канале искрового разряда молнии может достигать 20 А.

7DA402 Эффект Доплера для световых волн

Эффект Доплера для световых волн

На скорость света не влияют ни скорость источника света, ни скорость наблюдателя. Постоянство скорости света в вакууме имеет огромное значение для физики и астрономии. Однако частота и длина световой волны меняются с изменением скорости источника или наблюдателя. Этот факт известен как эффект Доплера.

Предположим, что источник, расположенный в точке О, испускает свет длиной волны λ0. Наблюдатели в точках А и В, для которых источник света находится в покое, зафиксируют излучение с длиной волны λ0 (см. рисунок 1). Если источник света начинает двигаться со скоростью υ, то длина волны меняется. Для наблюдателя А, к которому источник света приближается, длина световой волны уменьшается. Для наблюдателя В, от которого источник света удаляется, длина световой волны увеличивается (см. рисунок 2). Так как в видимой части электромагнитного излучения наименьшим длинам волн соответствует фиолетовый свет, а наибольшим – красный, то говорят, что для приближающегося источника света наблюдается смещение длины волны в фиолетовую сторону спектра, а для удаляющегося источника света – в красную сторону спектра.


  Рисунок 1
Рисунок 2

Изменение длины световой волны зависит от скорости источника относительно наблюдателя (по лучу зрения) и определяется формулой Доплера:

(λλ0/)λ0=υ/c.

Эффект Доплера нашёл широкое применение, в частности в астрономии, для определения скоростей источников излучения.

Примерно сто лет назад американский астроном Весто Слайфер обнаружил, что длины волн в спектрах излучения большинства галактик смещены в красную сторону.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Смещение в красную сторону длин волн в спектрах излучения большинства галактик, согласно эффекту Доплера, свидетельствует о том, что галактики удаляются друг от друга.    
2)  Наблюдатель, к которому источник света приближается, зафиксирует уменьшение частоты световой волны.    
3)  Наблюдатель, от которого источник света удаляется, зафиксирует увеличение скорости световой волны.    
4)  При увеличении скорости источника относительно наблюдателя (по лучу зрения) относительное изменение длины волны не изменяется.    
5)  Рисунок 1 в тексте соответствует случаю, когда источник света неподвижен относительно наблюдателя.
Эффект Доплера справедлив и для звуковых волн. Изменяется ли, и если изменяется, то как, высота тона звукового сигнала поезда при его удалении от наблюдателя? Ответ поясните.

73B8A6 Полярные сияния

Полярные сияния

В период активности на Солнце наблюдаются вспышки. Вспышка представляет собой нечто подобное взрыву, в результате которого образуется направленный поток очень быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и др.). Потоки заряженных частиц, несущихся с огромной скоростью, изменяют магнитное поле Земли, то есть приводят к появлению магнитных бурь на нашей планете.

Захваченные магнитным полем Земли заряженные частицы движутся
по спирали вдоль линий индукции магнитного поля и наиболее близко
к поверхности Земли проникают в области магнитных полюсов Земли.
В результате столкновений заряженных частиц с молекулами воздуха возникает электромагнитное излучение – полярное сияние.

Цвет полярного сияния определяется химическим составом атмосферы. На высотах от 300 до 500 км от поверхности Земли, где воздух разрежен, преобладает кислород. Цвет сияния здесь может быть зелёным или красноватым. Ниже уже преобладает азот, дающий сияния ярко-красного и фиолетового цвета. Одним из первых исследовал полярное сияние
М.В. Ломоносов в середине XVIII в.

Наиболее убедительным доводом в пользу того, что мы правильно понимаем природу полярного сияния, является его повторение
в лаборатории. Такой эксперимент, получивший название «Аракс», был проведён в 1985 г. совместно советскими и французскими исследователями.

Для эксперимента были выбраны две точки на поверхности Земли, лежащие на одной и той же линии индукции магнитного поля. Этими точками служили: в Южном полушарии – французский остров Кергелен
в Индийском океане и в Северном полушарии – посёлок Согра
в Архангельской области.

С острова Кергелен стартовала геофизическая ракета с небольшим ускорителем частиц, который на определённой высоте создал поток электронов. Двигаясь по спирали вдоль линии индукции магнитного поля, эти электроны проникли в Северное полушарие и вызвали искусственное полярное сияние над Согрой.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
   1)  Магнитное поле Земли обладает наибольшей силой вблизи земного экватора.    2)  Цвет полярного сияния, возникающего на высоте 500 км, определяется преимущественно излучением гелия.    3)  Магнитные бури характеризуются быстрым и непрерывным изменением облачности.    4)  Магнитные бури на Земле представляют собой быстрые и непрерывные изменения магнитного поля планеты.    5)  Цвет полярного сияния, возникающего на высоте 100 км, определяется преимущественно излучением азота.
Согласно современным представлениям полярные сияния на других планетах Солнечной системы могут иметь такую же природу, что и полярные сияния на Земле. На каких планетах, представленных в таблице, возможно наблюдать полярные сияния по механизму, описанному в тексте?  Ответ поясните.
Название планетыНаличие атмосферыНаличие магнитного поля
МеркурийОтсутствуетСлабое
ВенераПлотнаяОтсутствует
МарсРазреженнаяСлабое

D60D96 Опыты по изучению электрического разряда в разреженных газах

Опыты по изучению электрического разряда в разреженных газах

На исходе XIX в. было проведено много опытов по изучению электрического разряда в разреженных газах. Разряд возникал между отрицательным электродом (катодом) и положительным электродом (анодом), причём оба электрода запаивались внутрь стеклянной трубки (трубки У. Крукса), из которой частично откачивали газ (рисунок 1). Когда газ в трубке становился достаточно разреженным, тёмная область вокруг катода постепенно расширялась, пока не достигала противоположного конца трубки, который после этого начинал светиться. Цвет свечения катода зависел от состава стекла, из которого была изготовлена трубка.

Рисунок 1. Трубка У. Крукса

В конце XIX в. считалось, что это свечение вызвано неизвестными лучами, исходящими от катода, и происходили оживлённые дискуссии
о природе этих лучей (катодных лучей). В 1895 г. Ж. Перрену удалось собрать эти лучи в изолированном сосуде и доказать, что они несут отрицательный заряд. Вскоре после этого Дж. Томсон осуществил свой классический эксперимент, в котором он впервые отождествил катодные лучи с частицами, названными позднее электронами.  Создавая электрическое поле между пластинами (рисунок 2), Томсон наблюдал смещение светящегося пятна на конце трубки. Проведя измерения, Томсон получил, что для частиц, составляющих катодные лучи, отношение массы к заряду ( me ) не зависит от природы газа, а его значение очень мало по сравнению с наименьшей известной величиной этого отношения (то есть для иона водорода).

Рисунок 2. Отклонение катодных лучей в электрическом поле

В 1895 г. немецкий физик В. Рентген параллельно проводил опыты с катодными лучами. Однажды он заметил, что полоска бумаги, покрытая флуоресцирующей солью бария и лежащая в стороне от работающей трубки Крукса, светится. После долгого и напряжённого труда Рентген пришёл к выводу, что он смог открыть новый вид излучения – Х-лучи (или рентгеновские), которые возникали при торможении катодных лучей (электронов) в материале мишени. Х-лучи являются, так же как и свет, электромагнитным излучением, которое характеризуется малыми длинами волн и большой проникающей способностью.

Будут ли, и если будут, то в каком направлении, отклоняться альфа-лучи, если их пропустить вместо катодных лучей между пластинами (см. рисунок 2)? Ответ поясните.  
Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Катодные лучи представляют собой рентгеновское излучение.    
2)  Электрическое поле между пластинами (рисунок 2) направлено вертикально снизу вверх.    
3)  Цвет свечения в трубке Крукса (рисунок 1) зависел от напряжения между катодом и анодом.    
4)  Рентгеновское излучение можно получить при торможении быстрых электронов в материале мишени.    
5)  Пластины, между которыми создавалось высокое напряжение (рисунок 2), служили источником двух типов заряженных частиц.

DEDAD5 Рассеяние световых лучей в атмосфере

Рассеяние световых лучей в атмосфере

Проходя через земную атмосферу, поток солнечных лучей частично рассеивается, частично поглощается и до Земли доходит ослабленным.
В видимой части спектра поглощение играет малую роль в сравнении
с рассеянием. Именно за счёт рассеяния происходит главное ослабление световых солнечных лучей.

Рассеяние световых лучей сильно зависит от длины волны. По расчётам английского физика лорда Рэлея, интенсивность рассеянного света в чистом воздухе обратно пропорциональна четвёртой степени длины волны. Поэтому, проходя через атмосферу, лучи разных длин волн ослабляются по-разному: короткие световые волны (фиолетово-голубая часть спектра) рассеиваются значительно сильнее длинных (красная часть спектра). Это приводит к тому, что мы видим небо голубым вследствие рассеяния солнечного света в атмосфере Земли.

Крупные частицы пыли практически одинаково рассеивают все длины волн видимого света. Наличие в воздухе сравнительно крупных частичек пыли добавляет к рассеянному голубому свету отражённый частичками пыли свет, то есть почти неизменный свет Солнца. Цвет неба становится в этих условиях белесоватым.

Чем ближе опускается Солнце к горизонту, тем больше ослабляются его лучи (см. рисунок). На рисунке наблюдатель находится на Земле
в точке О. Если Солнце в зените, то есть вертикально над головой, то его лучи проходят в атмосфере путь АО. По мере опускания Солнца к горизонту путь его лучей будет увеличиваться и достигнет максимальной длины (ЕО), когда Солнце окажется на горизонте.

Длина пути, проходимого солнечными лучами в атмосфере,

при разной высоте Солнца над горизонтом

На более длинном пути потери коротковолновых, то есть фиолетовых и синих лучей становятся более заметными, и в прямом свете Солнца до поверхности Земли доходят преимущественно длинноволновые лучи: красные, оранжевые, жёлтые. Поэтому цвет Солнца по мере его опускания к горизонту становится сначала жёлтым, затем оранжевым и красным. Красный цвет Солнца и голубой цвет неба – это два следствия одного и того же процесса рассеяния.

В 1869 г. английский физик Дж. Тиндаль выполнил следующий опыт: через прямоугольный аквариум, заполненный водой, пропустил слабо расходящийся узкий пучок белого света (см. рисунок).   undefined   Какой оттенок (голубой или красный) будет иметь пучок при рассмотрении его с выходного торца? Ответ поясните.  
Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Фиолетовые лучи с длиной волны 0,4 мкм рассеиваются в чистом воздухе в 16 раз сильнее, чем красные лучи с длиной волны 0,8 мкм.    
2)  Чем больше частота световой волны, тем более сильное рассеяние она испытывает при прохождении атмосферы.    
3)  По мере опускания Солнца к горизонту в прямом солнечном свете исчезают в первую очередь красные лучи.    
4)  Лучи голубого цвета в значительно большей степени рассеиваются на крупных частицах пыли по сравнению с лучами зелёного цвета.    
5)  Голубой цвет неба объясняется дисперсией света.

31B211 Опыты Птолемея по преломлению света

Опыты Птолемея по преломлению света

Оптика – одна из древнейших наук, тесно связанная с потребностями практики на всех этапах своего развития. Прямолинейность распространения света была известна народам Месопотамии за 5 тыс. лет до н.э. и использовалась в Древнем Египте при строительных работах.

Два закона геометрической оптики – закон прямолинейного распространения света и закон отражения света – были описаны знаменитым греческим учёным Евклидом, жившим в III в. до н.э. С помощью этих законов Евклид объяснил целый ряд наблюдаемых явлений, и в частности, явлений отражения света от плоских и даже сферических зеркал.
Ученые древности имели также представление о преломлении света и даже пытались установить закон преломления.

Греческий астроном Клавдий Птолемей (около 130 г. н.э.) – автор замечательной книги, которая в течение почти 15 столетий служила основным учебником по астрономии, – написал ещё книгу «Оптика», в которой описал, в частности, явление преломления света. С явлением преломления света Птолемей столкнулся, наблюдая звёзды. Он заметил, что луч света, переходя из одной среды в другую, «ломается». Поэтому звёздный луч, проходя через земную атмосферу, доходит до поверхности Земли не по прямой, а по кривой линии, то есть происходит рефракция. Искривление хода луча происходит из-за того, что плотность воздуха меняется с высотой.

Чтобы изучить закон преломления, Птолемей провёл следующий эксперимент. Он взял круг и укрепил на оси линейки l1 и l2 так, чтобы они могли свободно вращаться вокруг неё (см. рисунок).

Птолемей погружал этот круг в воду до диаметра АВ и, поворачивая нижнюю линейку, добивался того, чтобы линейки лежали для глаза на одной прямой (если смотреть вдоль верхней линейки). После этого он вынимал круг из воды и сравнивал углы падения α и преломления β. Он измерял углы с точностью до 0,5°. Числа, полученные Птолемеем, представлены в таблице.

№ опыта12345678
Угол падения α, град.1020304050607080
Угол преломления β, град.815,522,5283540,54550

Эксперимент Птолемея был поставлен правильно, ученый получил достаточно хорошие численные значения для углов падения и преломления, однако закона он установить не сумел.

Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Согласно опытам Птолемея, с увеличением угла падения линейно увеличивается угол преломления.    
2)  Все законы геометрической оптики были открыты в III в. до нашей эры.    
3)  Птолемей установил, что при переходе луча света из воздуха в воду угол преломления меньше угла падения.    
4)  Под рефракцией в тексте понимается явление изменения направления распространения светового луча из-за преломления в атмосфере Земли.    
5)  Рефракция проявляется в огибании световым лучом препятствий и, тем самым, в отклонении от прямолинейного распространения.
В спокойной атмосфере наблюдают положение звёзд, не находящихся на перпендикуляре к поверхности Земли в точке А, где находится наблюдатель. На рисунке схематично показано истинное и видимое положения для одной из звёзд. Какое положение (S1 или S2) может соответствовать истинному положению звезды, а какое – видимому? Ответ поясните. undefined  
Выберите два верных утверждения, которые соответствуют содержанию текста. Запишите в ответ их номера.
1)  Согласно опытам Птолемея, с увеличением угла падения линейно увеличивается угол преломления.   
2)  Все законы геометрической оптики были открыты в III в. до нашей эры.    
3)  Птолемей установил, что при переходе луча света из воздуха в воду угол преломления меньше угла падения.   
4)  Под рефракцией в тексте понимается явление изменения направления распространения светового луча из-за преломления в атмосфере Земли.    
5)  Рефракция проявляется в огибании световым лучом препятствий и, тем самым, в отклонении от прямолинейного распространения.