Решение: Изменение изображения спектра
Статья к заданиюИзучение спектров
Прочитайте текст и выполните задания.
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 P.
Рисунок 1
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.
Решение по шагам
3 шагаОптическая сила линзы связана с фокусным расстоянием соотношением:
$$D = \dfrac{1}{f}$$У новой линзы оптическая сила больше, следовательно, её фокусное расстояние меньше. При неизменном положении экрана он уже не будет находиться на фокусном расстоянии от линзы.
Параллельные пучки разных цветов не будут точно фокусироваться на экране. Поэтому изображения щели, образующие спектр, станут менее чёткими, расплывчатыми и могут частично перекрываться.
Картинка на экране станет менее резкой: изображения отдельных участков спектра будут расплывчатыми и могут частично перекрываться, поскольку при большей оптической силе фокусное расстояние линзы уменьшается, а положение экрана не изменяется.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Утверждать, что изображения станут чётче только из-за увеличения оптической силы.
Забывать, что экран остаётся на прежнем месте.
Путать оптическую силу с фокусным расстоянием и считать, что при большей оптической силе фокусное расстояние увеличивается.