Физика колебаний и волн. Спектральное разложение света. (Лекция 4)

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Физика колебаний и волн. Спектральное разложение света. (Лекция 4)

Содержание

2. Лекция № 4 Спектральное разложение света. 1. Понятие о разложении в спектр. 2. Спектральные приборы. 3.
3. Электромагнитные волны, длины которых находятся в пределах от 1 до нм, включающих ультрафио- летовую, видимую и
4. Оптический диапазон длин волн λ ограничен с одной стороны рентгеновскими лучами, а с другой – микроволновым
5. Спектр, который видит человеческий глаз с длинами волн
6. Согласно теории цветового зрения Юнга - Гельмгольца ощущение любого цвета можно получить смешиванием спектрально чистых излучений
7. максимальная чувствительность глаза при дневном свете – на длине волны 555 нм, при сумеречном свете -
8. Если источник света излучает не монохроматический свет, то в его излучении присутствует целый набор частот или
10. Непрерывные спектры. Непрерывные спектры дают тела, находящиеся в твер-дом , жидком состоянии, а также сильно сжатые
11. Линейчатые спектры. Примерное распределение спектральной плотности интенсивности излучения в линейчатом спектре. Линейчатые спектры дают все вещества
12. Полосатый спектр Электронный полосатый спектр азота N2 Полосатые спектры в отличие от линейчатых спектров создаются не
13. Полосатый спектр излучения бутановой горелки Полосатый спектр излучения углекислого газа (СО2)
14. А) Спектр излучения В) Спектр поглощения
15. Линейчатые спектры излучения в видимой области: водород, ртуть, неон. Спектр поглощения водорода. Дискретность, квантованность спектров излучения
16. Спектры излучения: 1 - натрия, 2 - водорода, 3 - гелия. Спектры поглощения: 4 - натрия,
17. Спектры испускания и поглощения Спектры излучения: 1- сплошной; 2- натрия; 3- водорода; 4- гелия. Спектры поглощения:
18. Спектральный анализ Метод определения химического состава по его спектру. Атомы любого химического элемента дают спектр, не
19. С помощью спектрального анализа можно обнаружить данный элемент в составе сложного вещества. Благодаря универсальности спектральный анализ
20. Спектры атомов в видимом диапазоне
21. Спектральные приборы делятся на: а) призменные ( призма в качестве диспер- гирующего элемента) б) интерференционные (
22. Дисперсия света Показатель преломления света, как установил Ньютон, зависит от его цвета. Цвет же определяется частотой
23. С П Е К Т Р spectrum (лат.) - вúдение.
24. С П Е К Т Р spectrum (лат.) - вúдение.
25. Дисперсия приводит к зависимости показателя преломления среды n от частоты или длины волны света. Дисперсия, в
26. Эксперимент И. Ньютона
27. Опыт И. Ньютона
30. а) Призменные спектральные приборы. Для разложения излучения в спектр в простейшем спектральном приборе используется призма .
31. Спектральные аппараты Ход лучей в спектрографе 1. Через узкую щель проходит пучок света. 2. Линза №1
32. МАЙКЕЛЬСОН, АЛЬБЕРТ АБРАХАМ (Michelson, Albert Abraham) (1852–1931), американский физик, удостоенный в 1907 г. Нобелевской премии по
33. б) интерференционные спектральные приборы. Эшелон Майкельсона - спектральный прибор, представляющий собой стопу стеклянных или кварцевых пластин
34. Параллельный пучок света, падая на э. М. , разделяется на несколько лучей (по числу пластин), проходящих
35. Разрешающая способность Разрешающей способностью спектрального прибора называют величину: где δλ – минимальная разность δλ = λ1
36. Если два источника света удалены друг от друга на расстояние d, расстояние от них до нас
37. Дифракционный предел разрешения оптических инструментов Для объектива телескопа дифракционный предел разрешения: Для объектива микроскопа:
38. в) дифракционные спектральные приборы. Дифракционная решётка. Дифракционная решётка – совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (канавок,
39. Период дифракционной решётки – наименьшая часть решётки, перемещая которую, можно воспроизвести всю решётку. где b –
40. На дифракционную решётку падает плоская волна (волновой фронт – плоскость). Известна длина волны λ, размер отверстия
41. Разности хода лучей, идущих от двух соседних щелей, будут для данного направления ϕ одинаковы в пределах
42. Таким образом, условие главных максимумов для дифракционной решетки следует запи- сать в виде: Условие прежних минимумов
43. Краткие выводы. 1. Распределение интенсивности излучения при дифракции монохроматической волны на периодической структуре можно представить, как
44. Дифракционная решётка.
45. N = 2 N = 4 N = 8 Сопоставление дифракционной картины от решеток с двумя,
46. sinφ I O Дифракционная картина от решётки с N = 6 щелями. (N – 1) дополнительных
47. Дифракционная картина от решеток с двумя щелями.
48. Положение главных максимумов зависит от длины волны λ
50. +3 -3 -2 -1 0 +1 +2 +4 При пропускании через дифракционную решётку белого света все
52. Скачать презентацию

Слайд 2

Лекция № 4
Спектральное разложение света.
1. Понятие о разложении в

спектр.
2. Спектральные приборы.
3. Разрешающая способность.
4. Дифракционная решётка как спектральный прибор.

Слайд 3

Электромагнитные волны, длины которых находятся в пределах от 1 до

нм, включающих ультрафио-
летовую, видимую и инфракрасную области спектра изучает раздел физики, называемый оптикой.
Длина волны видимого света заключается в пре-делах :
Ультрафиолетовым называется излучение с длиной волны, меньше 400 нм :
Инфракрасным - излучение с длиной волны, большей
760 нм:

Слайд 4

Оптический диапазон длин волн λ ограничен с одной стороны рентгеновскими

лучами, а с другой – микроволновым диапазоном радиоизлучения.

Слайд 5

Спектр, который видит человеческий
глаз с длинами волн

Слайд 6

Согласно теории цветового зрения Юнга - Гельмгольца ощущение любого цвета можно

получить смешиванием спектрально чистых излучений красного, зеленого и синего цветов

Слайд 7

максимальная чувствительность глаза при дневном свете –
на длине волны

555 нм,
при сумеречном свете - на длине волны 510 нм.

Кривая видности -
относительная спектральная чувствительность глаза к излучениям различных длин волн

Слайд 8

Если источник света излучает не монохроматический свет, то в его излучении

присутствует целый набор частот или длин волн.
Электромагнитная волна такого излучения является суммой всех присутствующих в ней волн различных частот. Чтобы узнать каковы частоты или длины волн в этой волне нужно разложить её в спектр и посмотреть её спектральный состав, т.е. присутствие той или иной частоты или длины волны.
Спектры бывают сплошные (непрерывные), линейчатые и полосатые.

Слайд 9

Слайд 10

Непрерывные спектры.
Непрерывные спектры дают тела, находящиеся в твер-дом , жидком

состоянии, а также сильно сжатые газы.

Кривая зависимости спектральной
плотности интенсивности излучения
от частоты в видимой части спектра
электрической дуги.

Слайд 11

Линейчатые спектры.
Примерное распределение
спектральной плотности
интенсивности излучения
в линейчатом спектре.
Линейчатые спектры

дают все вещества в газообраз-
ном атомарном состоянии. Изолированные атомы излучают строго определенные длины волн.

Слайд 12

Полосатый спектр
Электронный полосатый спектр азота N2
Полосатые спектры в отличие от

линейчатых спектров создаются не атомами, а молекулами, не связанными или слабо связанными друг с другом.

Слайд 13

Полосатый спектр излучения бутановой горелки
Полосатый спектр
излучения
углекислого газа (СО2)

Слайд 14

А) Спектр излучения В) Спектр поглощения

Слайд 15

Линейчатые спектры излучения в видимой области: водород, ртуть, неон. Спектр поглощения

водорода.

Дискретность, квантованность спектров излучения свидетельствует о дискретности процессов, приводящих к их появлению.

Слайд 16

Спектры излучения:
1 - натрия,
2 - водорода,
3

- гелия.
Спектры поглощения:
4 - натрия,
5 - водорода,
6 - гелия.

Слайд 17

Спектры испускания и поглощения
Спектры
излучения:
1- сплошной;
2- натрия;
3- водорода;
4- гелия.
Спектры поглощения:
5- солнечный;
6- натрия;
7-

водорода;
8- гелия.

Слайд 18

Спектральный анализ
Метод определения химического состава по его спектру.
Атомы любого химического

элемента дают спектр, не похожий на спектры всех других элементов: они способны излучать строго определенный набор длин волн.

Видимая часть солнечного излучения при изучении с помощью спектроанализирующих приборов оказывается неоднородной – в спектре наблюдаются линии поглощения, впервые описанные в 1814 году И. Фраунгофером. Спектральный анализ позволяет получить информацию о составе Солнца, поскольку определенный набор спектральных линий исключительно точно характеризует химический элемент. Так, с помощью наблюдений спектра Солнца был открыт гелий. С помощью спектраль-ного анализа узнали, что звезды состоят из тех же самых элементов, которые имеются и на Земле.

Слайд 19

С помощью спектрального анализа можно обнаружить данный элемент в составе сложного

вещества. Благодаря универсальности спектральный анализ является основным методом контроля состава вещества в металлургии, машиностроении, атомной индустрии.

Лабораторная электролизная уста-новка для анализа металлов «ЭЛАМ». Установка предназначе-на для проведения весового элек-тролитического анализа меди,
свинца, кобальта и др. металлов в сплавах и чистых металлах.

Стационарно – искровые оптико - эмиссонные спектрометры
«МЕТАЛСКАН –2500».
Предназначены для точного анализа металлов и сплавов, включая цветные, сплавы черных металлов и чугуны.

Слайд 20

Спектры атомов в видимом диапазоне

Слайд 21

Спектральные приборы
делятся на:
а) призменные ( призма
в качестве диспер-
гирующего

элемента)
б) интерференционные
( эшелон Майкельсона,
эталон Фабри-Перо )
в) дифракционные
( дифракционные
решётки).

Слайд 22

Дисперсия света
Показатель преломления света, как установил Ньютон, зависит от его

цвета. Цвет же определяется частотой колебаний (или длиной световой волны). Зависимость показателя преломления света от частоты колебаний называется дисперсией. Дисперсия приводит к тому, что луч белого света, входящий в стеклянную призму, разлагается на свои составляющие цвета: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый – спектр белого света.

Слайд 23

С П Е К Т Р spectrum (лат.) - вúдение.

Слайд 24

С П Е К Т Р spectrum (лат.) - вúдение.

Слайд 25

Дисперсия приводит к зависимости показателя преломления среды n от частоты

или длины волны света. Дисперсия, в частности, приводит к разложению белого света в спектр стеклянной призмой.

Слайд 26

Эксперимент И. Ньютона

Слайд 27

Опыт И. Ньютона

Слайд 28

Слайд 29

Слайд 30

а) Призменные спектральные приборы.
Для разложения излучения в спектр в

простейшем спектральном приборе используется призма . Действие призмы основано на явлении дисперсии, то есть зависимости показателя преломления n вещества от длины волны света λ ( в прозрачных средах n растёт с уменьшением длины волны ).

Слайд 31

Спектральные аппараты
Ход лучей в спектрографе
1. Через узкую щель проходит

пучок света.
2. Линза №1 делает пучок света
параллельным.
3. Призма раскладывает белый свет по длинам волн на спектр.
4. Линза №2 собирает разошедший пучок излучения по длинам волн в разные концы экрана.
5. Фотопластинка фиксирует спектр и получается спектограмма.

Призменный спектральный аппарат – спектрограф.

Слайд 32

МАЙКЕЛЬСОН, АЛЬБЕРТ АБРАХАМ (Michelson, Albert Abraham) (1852–1931), американский физик, удостоенный

в 1907 г. Нобелевской премии по физике за создание прецизионных инстру-ментов и выполненные
с их помощью спектро-скопические и метроло-гические исследования, провёл измерения спектральных линий различных элементов.

Слайд 33

б) интерференционные спектральные приборы. Эшелон Майкельсона - спектральный прибор, представляющий

собой стопу стеклянных или кварцевых пластин одинаковой толщины, сложенных на оптический контакт так, что их концы образуют "лестницу" со ступеньками равной высоты. Впервые построен А. Майкельсоном в 1898. Разность хода двух соседних лучей в э. М. составляет десятки тысяч длин волн света, а число этих лучей обычно не превышает 30—40.

Слайд 34

Параллельный пучок света, падая на э. М. , разделяется на несколько

лучей (по числу пластин), проходящих разные пути в материале пластин ( в прозрачных э. М. ) или в воздухе ( при отражении от покрытых зеркальным слоем ступенек в отражательных э. М. ). Приобретая таким образом разность хода, лучи интерферируют между собой и разность хода двух соседних лучей в М. э. составляет десятки тысяч длин волн света, а число этих лучей обычно не превышает 30-40. Э. М. используется как спектроскоп, его разрешающая способность чрезвычайно высока, и он пригоден для анализа очень узких (порядка м) участков спектра. Поэтому в э. М. обычно направляют предварительно монохромати-
зированный свет ("вырезают"
в излучении узкий спектральный
интервал для анализа в эшелоне).

Слайд 35

Разрешающая способность
Разрешающей способностью спектрального прибора называют величину:
где δλ –

минимальная разность
δλ = λ1 – λ2 в длинах волн, при
которой две спектральные
линии воспринимаются
раздельно.

Критерий Рэлея.
По критерию Рэлея разреше-ние считают полным, если
максимум первой спектраль-ной линии совпадает
с минимумом второй спектральной линии .

Слайд 36

Если два источника света удалены друг от друга на расстояние

d, расстояние от них до нас равно L, длина световой волны равна λ, а диаметр окуляра равен D, то, согласно критерию Рэлея, условием оптического разрешения двух источников в окуляре будет:
d/L > 1,22λ/D
Иными словами, если точечные источники света разнесены на расстояние не меньше d, наблюдатель, находясь на удалении L, сможет различить их в окуляре диаметром D как раздельные, в противном случае они сольются. Отношение d/L представляет собой угловую меру в радианах (для перевода в градусы нужно умножить ее на 57,3) между направлениями на два источника света. Критерий Рэлея, таким образом, устанавливает границы углового разрешения для любого оптического инструмента, будь то телескоп, фотоаппарат или человеческий глаз.

Слайд 37

Дифракционный предел разрешения оптических инструментов
Для объектива телескопа дифракционный предел разрешения:

Для объектива микроскопа:

Слайд 38

в) дифракционные спектральные приборы.
Дифракционная решётка.
Дифракционная решётка – совокупность большого

числа регулярно расположенных штрихов (канавок, щелей, выступов), нанесённых на плоскую или сферическую поверхность. На практике обычно щели - это прозрачные участки стеклянных пластинок, разделенные непрозрачными штрихами, наносимыми с помощью алмазных резцов. Современные решетки имеют свыше 1000 штрихов на длине в 1 мм.

Слайд 39

Период дифракционной решётки – наименьшая часть решётки, перемещая которую, можно

воспроизвести всю решётку.

где b – ширина отверстия, а – ширина штриха.

Период дифракционной решётки связан с числом нанесённых на неё штрихов соотношением

где N – число штрихов на единицу длины.

Дифракционная решётка.

Для плоской одномерной дифракционной решётки длина периода равна

Слайд 40

На дифракционную решётку падает плоская волна (волновой фронт – плоскость).

Известна длина волны λ, размер отверстия b, период решётки d, расстояние до экрана L. Требуется определить, как распределена интенсивность излучения по направлениям (на экране).

Дифракционная решётка.

Слайд 41

Разности хода лучей, идущих от двух соседних щелей, будут для данного

направления ϕ одинаковы в пределах всей дифракционной решетки:

Дифракционная решётка.

Результат интерференции этих лучей на экране зависит от разности фаз складывающихся колебаний. Если она составит т.е. лучи придут в одной фазе, то они усилят друг друга, если разность хода составит то лучи ослабят друг друга.

то лучи ослабят друг друга.

Слайд 42

Таким образом, условие главных максимумов
для дифракционной решетки следует запи-
сать

в виде:

Условие прежних минимумов при дифракции на
одной щели имеет вид:

Чем больше щелей N, тем большее количество световой энергии пройдет через решетку, тем больше минимумов (дополнительных) образуется между соседними главными максимумами, тем, следовательно, более интенсивными и более острыми будут максимумы.

Слайд 43

Краткие выводы.
1. Распределение интенсивности излучения при дифракции монохроматической волны на периодической

структуре можно представить, как результат двух процессов: 1) дифракции волны на отверстии, 2) интерференции пучков, исходящих из всех отверстий.

2. Положение главных дифракционных максимумов определяется интерференцией пучков, исходящих из разных отверстий решётки. Условие наблюдения главных максимумов

3. Интенсивность главных максимумов определяется как процессом дифракции на отдельном отверстии, так и процессом интерференции волн, исходящих из всех отверстий.

Дифракционная решётка.

Слайд 44

Дифракционная
решётка.

Слайд 45

N = 2
N = 4
N = 8
Сопоставление дифракционной картины

от решеток с двумя, четырьмя и восемью щелями.

Слайд 46

sinφ
I
O
Дифракционная картина от решётки с
N = 6

щелями.
(N – 1) дополнительных минимумов
между главными максимумами

Условие дополнительных минимумов для дифракционной решетки :

Слайд 47

Дифракционная картина от решеток с двумя щелями.

Слайд 48

Положение главных максимумов зависит от длины волны λ

Слайд 49

Слайд 50

+3
-3
-2
-1
0
+1
+2
+4

При пропускании через дифракционную решётку белого света все

максимумы ненулевого порядка расположатся в спектр, фиолетовый конец которого обращён к центру дифракционной картины, а красный – наружу.
Дифракционная решётка представляет собой спектральный прибор.

Физика колебаний и волн. Спектральное разложение света. (Лекция 4)

Содержание

Лекция № 4Спектральное разложение света. 1. Понятие о разложении в

Электромагнитные волны, длины которых находятся в пределах от 1 до

Оптический диапазон длин волн λ ограничен с одной стороны рентгеновскими

Спектр, который видит человеческий глаз с длинами волн

Согласно теории цветового зрения Юнга - Гельмгольца ощущение любого цвета можно

максимальная чувствительность глаза при дневном свете – на длине волны

Если источник света излучает не монохроматический свет, то в его излучении

Непрерывные спектры. Непрерывные спектры дают тела, находящиеся в твер-дом , жидком

Линейчатые спектры.Примерное распределение спектральной плотности интенсивности излученияв линейчатом спектре. Линейчатые спектры

Полосатый спектрЭлектронный полосатый спектр азота N2 Полосатые спектры в отличие от

Полосатый спектр излучения бутановой горелкиПолосатый спектр излучения углекислого газа (СО2)

А) Спектр излучения В) Спектр поглощения

Линейчатые спектры излучения в видимой области: водород, ртуть, неон. Спектр поглощения

Спектры излучения: 1 - натрия, 2 - водорода, 3

Спектры испускания и поглощенияСпектрыизлучения:1- сплошной;2- натрия;3- водорода;4- гелия.Спектры поглощения:5- солнечный;6- натрия;7-

Спектральный анализМетод определения химического состава по его спектру. Атомы любого химического

С помощью спектрального анализа можно обнаружить данный элемент в составе сложного

Спектры атомов в видимом диапазоне

Спектральные приборы делятся на:а) призменные ( призмав качестве диспер- гирующего

Дисперсия света Показатель преломления света, как установил Ньютон, зависит от его

С П Е К Т Р spectrum (лат.) - вúдение.

С П Е К Т Р spectrum (лат.) - вúдение.

Дисперсия приводит к зависимости показателя преломления среды n от частоты

Эксперимент И. Ньютона

Опыт И. Ньютона

а) Призменные спектральные приборы. Для разложения излучения в спектр в

Спектральные аппараты Ход лучей в спектрографе 1. Через узкую щель проходит

МАЙКЕЛЬСОН, АЛЬБЕРТ АБРАХАМ (Michelson, Albert Abraham) (1852–1931), американский физик, удостоенный

б) интерференционные спектральные приборы. Эшелон Майкельсона - спектральный прибор, представляющий

Параллельный пучок света, падая на э. М. , разделяется на несколько

Разрешающая способностьРазрешающей способностью спектрального прибора называют величину: где δλ –

Если два источника света удалены друг от друга на расстояние

Дифракционный предел разрешения оптических инструментов Для объектива телескопа дифракционный предел разрешения:

в) дифракционные спектральные приборы. Дифракционная решётка.Дифракционная решётка – совокупность большого

Период дифракционной решётки – наименьшая часть решётки, перемещая которую, можно

На дифракционную решётку падает плоская волна (волновой фронт – плоскость).

Разности хода лучей, идущих от двух соседних щелей, будут для данного

Таким образом, условие главных максимумов для дифракционной решетки следует запи- сать

Краткие выводы.1. Распределение интенсивности излучения при дифракции монохроматической волны на периодической

Дифракционная решётка.

N = 2 N = 4N = 8 Сопоставление дифракционной картины

sinφ I O Дифракционная картина от решётки с N = 6

Дифракционная картина от решеток с двумя щелями.

Положение главных максимумов зависит от длины волны λ

+3-3-2-10+1 +2+4 При пропускании через дифракционную решётку белого света все

Похожие презентации

Лекция № 4
Спектральное разложение света.
1. Понятие о разложении в

Спектр, который видит человеческий
глаз с длинами волн

максимальная чувствительность глаза при дневном свете –
на длине волны

Непрерывные спектры.
Непрерывные спектры дают тела, находящиеся в твер-дом , жидком

Линейчатые спектры.
Примерное распределение
спектральной плотности
интенсивности излучения
в линейчатом спектре.
Линейчатые спектры

Полосатый спектр
Электронный полосатый спектр азота N2
Полосатые спектры в отличие от

Полосатый спектр излучения бутановой горелки
Полосатый спектр
излучения
углекислого газа (СО2)

Спектры излучения:
1 - натрия,
2 - водорода,
3

Спектры испускания и поглощения
Спектры
излучения:
1- сплошной;
2- натрия;
3- водорода;
4- гелия.
Спектры поглощения:
5- солнечный;
6- натрия;
7-

Спектральный анализ
Метод определения химического состава по его спектру.
Атомы любого химического

Спектральные приборы
делятся на:
а) призменные ( призма
в качестве диспер-
гирующего

Дисперсия света
Показатель преломления света, как установил Ньютон, зависит от его

а) Призменные спектральные приборы.
Для разложения излучения в спектр в

Спектральные аппараты
Ход лучей в спектрографе
1. Через узкую щель проходит

Разрешающая способность
Разрешающей способностью спектрального прибора называют величину:
где δλ –

Дифракционный предел разрешения оптических инструментов
Для объектива телескопа дифракционный предел разрешения:

в) дифракционные спектральные приборы.
Дифракционная решётка.
Дифракционная решётка – совокупность большого

Таким образом, условие главных максимумов
для дифракционной решетки следует запи-
сать

Краткие выводы.
1. Распределение интенсивности излучения при дифракции монохроматической волны на периодической

Дифракционная
решётка.

N = 2
N = 4
N = 8
Сопоставление дифракционной картины

sinφ
I
O
Дифракционная картина от решётки с
N = 6

+3
-3
-2
-1
0
+1
+2
+4

При пропускании через дифракционную решётку белого света все