Некоторые виды змей обладают способностью улавливать тепловое излучение, невидимое для человеческого глаза. Для этого у них есть расположенные около глаз ямочки, чувствительные к тепловому излучению. Строение такого органа следующее. Рядом с каждым глазом располагается отверстие диаметром около миллиметра. За ним находится небольшая полость. Стенки полости состоят из теплочувствительной плёнки, содержащей матрицу размером примерно 40 на 40 клеток, которые реагируют на температуру плёнки.
Этот орган работает как камера-обскура (см. рисунок). Теплокровное животное испускает во все стороны инфракрасное излучение длиной волны примерно 10 микрометров. Проходя через отверстие-объектив, лучи создают «тепловое изображение» и нагревают мембрану. Благодаря высокой чувствительности клеток змея может заметить мышь с довольно большого расстояния. И как показывают опыты со змеями, они могут определять направление на точечный источник тепла с точностью до 5 угловых градусов.
Хорошее угловое разрешение объяснить трудно. Для повышения чувствительности природа увеличила размер входного отверстия. Однако чем больше отверстие, тем более размытым получается изображение, если оно, разумеется, без линз. У змей размер отверстия и глубина камеры примерно равны, поэтому изображение должно быть настолько размытым, что из него можно определить только то, что где-то поблизости есть теплокровное животное.
Учёные предположили, что в мозгу у змей происходит дополнительная обработка изображения, в результате которой каждый зрительный нейрон получает информацию не только из одной точки на сетчатке, как при обычном зрении, а со всей теплочувствительной поверхности. Такое преобразование сигнала довольно часто применяется при компьютерной обработке изображений.
Задание 1.
На стенках полости, состоящих из теплочувствительной плёнки, появляется изображение
1) перевёрнутое мнимое.
2) перевёрнутое действительное.
3) прямое мнимое.
4) прямое действительное.
Задание 2.
Частота теплового излучения, воспринимаемого змеёй, примерно равна
1) 3·1010 Гц.
2) 9·1013 Гц.
3) 3·1013 Гц.
4) 9·1016 Гц.
Задание 3.
Тепловое излучение относится к
1) видимому.
2) ультрафиолетовому.
3) инфракрасному.
4) рентгеновскому.
Текст 17. Изучение спектров
Все нагретые тела излучают электромагнитные волны. Чтобы экспериментально исследовать 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 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 L2фокусирует 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.
Задание 1. Разложение света в спектр в аппарате, изображённом на рисунке, основано на
1) явлении дисперсии света
2) явлении отражения света
3) явлении поглощения света
4) свойствах тонкой линзы
Задание 2. В устройстве призменного спектрографа линза L2 (см. рисунок) служит для
1) разложения света в спектр
2) фокусировки лучей определённой частоты в узкую полоску на экране
3) определения интенсивности излучения в различных частях спектра
4) преобразования расходящегося светового пучка в параллельные лучи
Задание 3. Нужно ли металлическую пластину термометра, используемого в спектрографе, покрывать слоем сажи? Ответ поясните.
Открытия в квантовой физике
1. Опыты Томсона и открытие электрона.
На исходе XIX века было проведено много опытов по изучению электрического разряда в разреженных газах. Разряд возбуждался между катодом и анодом, запаянными внутри стеклянной трубки, из которой был откачан воздух. То, что исходило от катода, было названо катодными лучами.
Чтобы определить природу катодных лучей, английский физик Джозеф Джон Томсон (1856—1940) провел следующий эксперимент. Его экспериментальная установка представляла собой вакуумную электронно-лучевую трубку (см. рисунок). Накаливаемый катод К являлся источником катодных лучей, которые ускорялись электрическим полем, существующим между анодом А и катодом К: В центре анода имелось отверстие. Катодные лучи, прошедшие через это отверстие, попадали в точку G на стенке трубки S напротив отверстия в аноде. Если стенка S покрыта флуоресцирующим веществом, то попадание лучей в точку G проявляется как светящееся пятнышко. На пути от A и Gлучи проходили между пластинами конденсатора CD, к которым могло быть приложено напряжение от батареи.
Если включить эту батарею, то лучи отклоняются электрическим полем конденсатора и на экране S возникает пятнышко в положении G1Томсон предположил, что катодные лучи ведут себя как отрицательно заряженные частицы. Создавая в области между пластинами конденсатора еще и однородное магнитное поле, перпендикулярное плоскости рисунка (оно изображено точками), можно вызвать отклонение пятнышка в том же или обратном направлении. Опыты показали, что заряд частицы равен по модулю заряду иона водорода 10(1,6-19 Кл), а ее масса оказывается почти в 1840 раз меньше массы иона водорода.
В дальнейшем эта частица получила название электрона. День 30 апреля 1897года, когда Джозеф Джон Томсон доложил о своих исследованиях, считается «днем рождения» электрона.
Задание 1.
Что представляют собой катодные лучи?
1) рентгеновские лучи.
2) гамма-лучи.
3) поток электронов.
4) поток ионов.
Задание 2.
Какие утверждения справедливы?
А. Катодные лучи взаимодействуют с электрическим полем.
Б. Катодные лучи взаимодействуют с магнитным полем.
1) только А.
2) только Б.
3) и А, и Б.
4) ни А, ни Б.
Задание 3.
Катодные лучи (см. рисунок) попадут в точку G при условии, что между пластинами конденсатора CD
1) действует только электрическое поле.
2) действует только магнитное поле.
3) действие сил со стороны электрического и магнитного полей скомпенсировано.
4) действие сил со стороны магнитного поля пренебрежимо мало.
Открытие рентгеновских лучей.
Рентгеновские лучи были открыты в 1895 г. немецким физиком Вильгельмом Рентгеном. Исследуя катодные лучи (поток электронов), Рентген заметил, что при торможении быстрых электронов на любых препятствиях возникает сильно проникающее излучение, которое ученый назвал Х-лучами (в дальнейшем за ними утвердится термин «рентгеновские лучи»). Когда Рентген держал руку между трубкой и экраном, то на экране были видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний всей кисти руки.
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. Дифракцией называется огибание волнами препятствий и отклонение, тем самым, от прямолинейного распространения в однородной среде. Дифракция выражена особенно ярко, если размеры препятствий сопоставимы с длиной волны.
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 их длина близка к размерам атомов. На рисунке показана дифракционная картина, полученная при облучении кристалла узким пучком рентгеновских лучей.
Задание 1.
Использование рентгеновских лучей для диагностики переломов костей основано на том, что рентгеновские лучи
1) дифрагируют на клетках биологической материи.
2) проникают через мягкие ткани и задерживаются костной тканью человека.
3) активно взаимодействуют с кровеносной системой, увеличивая концентрацию кислорода.
4) вызывают свечение костной ткани человека.
Задание 2.
Рентгеновские лучи образуются при
1) распространении электронов в вакууме.
2) распространении электронов в газах.
3) резком торможении быстрых электронов на препятствии.
4) взаимодействии электронов с молекулами газа.
Задание 3.
Что послужило доказательством волновой природы рентгеновских лучей?
1) Рентгеновские лучи обладают сильной проникающей способностью.
2) Рентгеновские лучи не взаимодействуют с электрическим полем.
3) Рентгеновские лучи не взаимодействуют с магнитным полем.
4) Рентгеновские лучи дифрагируют на кристаллах.
Дата: 2019-12-09, просмотров: 446.
