Диапазоны излучения и вещество
Хотя в вакууме электромагнитные волны всех частот распространяются одинаково — со скоростью света, их взаимодействие с веществом очень сильно зависит от частоты (а равным образом от длины волны и энергии кванта). По характеру взаимодействия с веществом излучение делят на диапазоны: гамма-излучение, рентген, ультрафиолет, видимый свет, инфракрасное излучение и радиоволны, которые вместе образуют электромагнитный спектр. Сами эти диапазоны в свою очередь разделяют на поддиапазоны, причем в науке нет единой устоявшейся традиции такого деления. Тут многое зависит от применяемых технических средств для генерации и регистрации излучения. Поэтому в каждой сфере науки и техники поддиапазоны определяют по-своему, а нередко даже сдвигают границы основных диапазонов.
Видимое излучение
Из всего спектра человеческий глаз способен улавливать излучение только в очень узком диапазоне видимого света. От одного его края до другого частота излучения (а равно длина волны и энергия квантов) меняется менее чем в два раза. Для сравнения самые длинные радиоволны в 10 14 раз длиннее видимого излучения, а самые энергичные гамма-кванты — в 10 20 энергичнее. Тем не менее, на протяжении многих тысяч лет большую часть информации об окружающем мире люди черпали из диапазона видимого излучения, границы которого определяются свойствами светочувствительных клеток человеческой сетчатки.
Разные длины волн видимого света воспринимаются человеком как разные цвета — от красного до фиолетового. Традиционное деление видимого диапазона спектра на семь цветов радуги является культурной условностью. Никаких четких физических границ между цветами нет. Англичане, например, обычно делят радугу на шесть цветов. Известны и другие варианты. За восприятие всего разнообразия цветов и оттенков видимого света отвечают всего три различных типа рецепторов, которые чувствительны к красному, зеленому и синему цвету. Это позволяет воспроизводить практически любой цвет, смешивая на экране эти три основных цвета.
Для приема видимого света от далеких космических источников используют вогнутые зеркала, которые собирают излучение с большой площади практически в одну точку. Чем крупнее зеркала, тем мощнее телескоп. Зеркала должны изготавливаться с чрезвычайно высокой точностью — отклонения формы поверхности от идеальной не должны превышать десятой доли длины волны — 40 нанометров, то есть 0,04 микрона. И такая точность должна сохраняться при любых поворотах зеркала. Это определяет высокую стоимость больших телескопов. Диаметр зеркал самых крупных оптических инструментов — телескопов Кека на Гавайях — 10 метров.
Хотя атмосфера прозрачна для видимого света (отмечено голубыми стрелками на плакате), она всё же создает серьезные помехи для наблюдений. Даже если забыть про облака, атмосфера немного искривляет лучи света, что снижает четкость изображения. Кроме того, сам воздух рассеивает падающий свет. Днем это голубое свечение, вызванное рассеянным светом Солнца, не позволяет вести астрономические наблюдения, а ночью — рассеянный свет звезд (и в последние десятилетия искусственная засветка неба наружным освещением городов, автомобилями и т. п.) ограничивает видимость самых бледных объектов. Справиться с этими трудностями позволяет вынос телескопов в космос. Телескоп «Хаббл» по земным меркам имеет очень скромные размеры — диаметр 2,24 метра, однако благодаря заатмосферному размещению он позволил сделать множество первоклассных астрономических открытий.
Ультрафиолетовое излучение
С коротковолновой стороны от видимого света располагается ультрафиолетовый диапазон, который делят на ближний и вакуумный. Как и видимый свет, ближний ультрафиолет проходит через атмосферу. Органами чувств человек его не воспринимает, но на коже ближний ультрафиолет вызывает появление загара. Это защитная реакция кожи на определенные химические нарушения под действием ультрафиолета. Чем короче длина волны, тем большие нарушения может вызывать ультрафиолетовое излучение в биологических молекулах. Если бы весь ультрафиолет проходил через атмосферу, жизнь на поверхности Земли была бы невозможна. Однако выше некоторой частоты атмосфера перестает пропускать ультрафиолетовое излучение, поскольку энергии его квантов становится достаточно для разрушения (диссоциации) молекул воздуха. Одним из первых ультрафиолетовый удар принимает на себя озон, за ним следует кислород. Вместе атмосферные газы предохраняют поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца, которое называют вакуумным, поскольку оно может распространяться только в пустоте (вакууме). Верхний предел вакуумного ультрафиолета — 200 нм. С этой длины волны начинает поглощать ультрафиолет молекулярный кислород (O2).
Телескопы для ближнего ультрафиолетового излучения строятся по тем же принципам, что и для видимого диапазона. В них тоже используются зеркала, покрытые тонким отражающим металлическим слоем, но изготавливать их надо с еще большей точностью. Ближний ультрафиолет можно наблюдать с Земли, вакуумный — только из космоса.
Рентгеновское излучение
Формальной границы между жестким ультрафиолетовым и рентгеновским излучением нет. К ее определению есть два основных подхода: с одной стороны, к рентгену принято относить излучение, способное вызывать возбуждение атомных ядер — подобно тому, как видимое и инфракрасное излучение возбуждает электронные оболочки атомов и молекул. В этом случае даже жесткий вакуумный ультрафиолет в некоторых случаях может быть отнесен к рентгену. В другом подходе рентгеном считают излучение с длиной волны меньше характерного размера атомов (0,1 нм). Тогда получается, что большую часть мягкого рентгеновского диапазона следует считать сверхжестким ультрафиолетом.
Мягкое рентгеновское излучение еще может отражаться от полированного металла, но только при скользящем падении — под углом менее 1 градуса. Более жесткое излучение приходится концентрировать иными способами. Для задания направления используют узкие трубки, отсекающие кванты, приходящие сбоку, а приемником служит сцинтиллятор, в котором рентгеновские кванты ионизируют атомы, а те, вновь объединяясь с электронами, испускают видимое или ультрафиолетовое излучение, которое регистрируют при помощи фотоэлектронных умножителей. По сути, в телескопах жесткого рентгеновского диапазона ведется подсчет отдельных квантов излучения и уже потом при помощи компьютера формируется изображение.
От рентгена к гамма
Граница, на которой рентгеновский диапазон сменяется гамма-излучением, также условна. Обычно ее связывают с энергией квантов, которые испускаются при ядерных реакциях (или наоборот, могут их вызывать). Другой подход связан с тем, что тепловое излучение не принято относить к гамма-диапазону, как бы ни была высока его энергия. Во Вселенной наблюдаются относительно стабильные макроскопические объекты, разогретые до десятков миллионов градусов — это центральные участки аккреционных дисков вокруг нейтронных звезд и черных дыр. А вот объекты с температурой в миллиарды градусов — например, ядра массивных красных гигантов — практически всегда укрыты непрозрачной оболочкой. Впрочем, нередко даже излучение в их недрах называют не мягким гамма-излучением, а сверхжестким рентгеном. Устойчивых образований с температурой выше десятков миллиардов градусов в современной Вселенной неизвестно. Это дает основание считать, что гамма-излучение всегда генерируется нетепловым путем. Основным механизмом является излучение при столкновении заряженных частиц, разогнанных до околосветовых скоростей мощными электромагнитными полями, например, у нейтронных звезд.
Гамма-излучение
Деление гамма-излучения на поддиапазоны носит еще более условный характер. К сверхвысоким энергиям относят гамма-кванты, генерация которых выходит за пределы возможностей современных технологий. Все источники такого излучения связаны исключительно с космосом. Но поскольку технологиям свойственно развиваться, это определение нельзя назвать четким.
Атмосфера защищает нас и от гамма-излучения. В мягком и жестком поддиапазонах она полностью его поглощает. Кванты диапазона сверхвысоких энергий, сталкиваясь с ядрами атомов в атмосфере, порождают каскады частиц, энергия которых постепенно снижается и рассеивается. Однако первые эшелоны частиц в них движутся быстрее скорости света в воздухе. В таких условиях заряженные частицы порождают так называемое тормозное (черенковское) излучение, в чем-то подобное звуковой ударной волне от сверхзвукового самолета. Ультрафиолетовые и видимые кванты тормозного излучения достигают поверхности Земли, где улавливаются специальными телескопами. Можно сказать, что сама атмосфера становится частью телескопа, и это позволяет наблюдать с Земли гамма-излучение сверхвысоких энергий. Это отмечено на плакате красными стрелками.
Еще более энергичные кванты — ультравысоких энергий — порождают настолько мощные каскады частиц, что они пробивают атмосферу насквозь и достигают поверхности Земли. Их называют широкими атмосферными ливнями (ШАЛ) и регистрируют сцинтилляционными датчиками. Частицы ШАЛ наряду с естественной радиоактивностью земных пород могут повреждать биологические молекулы, в частности ДНК, и вызывать мутации в живых организмах. Тем самым они вносят свой вклад в эволюцию жизни на Земле. Но если бы их интенсивность была заметно выше, это могло бы стать серьезным препятствием для жизни. К счастью, чем выше энергия гамма-квантов, тем реже они встречаются. Самые энергичные кванты с энергией около 10 20 эВ приходят примерно раз в сто лет на квадратный километр земной поверхности. Происхождение столь энергичных гамма-квантов пока не вполне ясно. Значительно большей энергией кванты обладать не могут, так как выше некоторого порога они начинают взаимодействовать с реликтовым микроволновым излучением, приводя к рождению заряженных частиц. Иначе говоря, Вселенная непрозрачна для излучения заметно более энергичного, чем 10 21 –10 24 эВ.
Инфракрасное излучение
Отправляясь от видимого света в длинноволновую сторону спектра, мы попадаем в диапазон инфракрасного излучения. Ближнее ИК-излучение физически ничем не отличается от видимого света, за исключением того, что не воспринимается сетчаткой глаза. Его можно регистрировать теми же приборами, в частности, телескопами, что и видимый свет. Человек также ощущает инфракрасное излучение кожей — как тепло. Именно благодаря инфракрасному излучению нам тепло сидеть у костра. Большую часть энергии горения уносит вверх восходящий поток воздуха, на котором мы кипятим воду в котелке, а инфракрасное (и видимое) излучение испускается в стороны молекулами газов, продуктов сгорания и раскаленными частицами угля.
С ростом длины волны атмосфера теряет прозрачность для инфракрасного излучения. Это связано с так называемыми колебательно-вращательными полосами поглощения молекул атмосферных газов. Будучи квантовыми объектами, молекулы не могут вращаться или колебаться произвольным образом, как грузы на пружинке. У каждой молекулы есть свой набор энергий (и, соответственно, частот излучения), которые они могут запасать в форме колебательных и вращательных движений. Однако даже у не самых сложных молекул воздуха набор этих частот столь обширен, что фактически атмосфера поглощает всё излучение в некоторых участках инфракрасного спектра — это так называемые инфракрасные полосы поглощения. Они перемежаются небольшими участками, в которых космическое ИК-излучение достигает поверхности Земли — это так называемые окна прозрачности, которых насчитывается около десятка. Их существование представлено на плакате разрозненными голубыми стрелками в инфракрасном диапазоне. Интересно отметить, что поглощение ИК-излучения почти полностью происходит в нижних слоях атмосферы из-за повышения плотности воздуха у поверхности Земли. Это позволяет вести наблюдения почти во всем инфракрасном диапазоне с аэростатов и высотных самолетов, которые поднимаются в стратосферу.
Деление инфракрасного излучения на поддиапазоны также весьма условно. Граница между ближним и средним инфракрасным излучением проводится примерно в районе абсолютной температуры 300 К, которая характерна для предметов на земной поверхности. Поэтому все они, включая приборы, являются мощными источниками инфракрасного излучения. Чтобы в таких условиях выделить излучение космического источника, аппаратуру приходится охлаждать до температур, близких к абсолютному нулю, и выносить за пределы атмосферы, которая сама интенсивно светит в среднем ИК-диапазоне — именно за счет этого излучения Земля рассеивает в космос энергию, постоянно поступающую от Солнца. Основной тип приемника излучения в этом диапазоне — болометр, то есть, попросту говоря, маленькое черное тело, поглощающее излучение, соединенное со сверхточным термометром.
Дальний инфракрасный диапазон — один из наиболее сложных, как для генерации, так и для регистрации излучения. В последнее время благодаря разработке особых материалов и сверхбыстродействующей электроники с ним научились достаточно эффективно работать. В технике его часто называют терагерцевым излучением. Сейчас активно идет разработка бесконтактных сканеров для определения химического состава объектов на основе генераторов терагерцевого излучения. Они смогут выявлять пластиковую взрывчатку и наркотики на контрольных пунктах в аэропортах.
В астрономии этот диапазон чаще называют субмиллиметровым излучением. Он интересен тем, что в нем (а также в соседнем с ним микроволновом диапазоне) наблюдается реликтовое излучение Вселенной. До уровня моря субмиллиметровое излучение не доходит, но поглощается оно в основном в самых нижних слоях атмосферы. Поэтому в горах Чили и Мексики на высоте около 5 тысяч метров над уровнем моря сейчас строятся крупные субмиллиметровые телескопы — в Мексике 50-метровый, а в Чили массив из 64 телескопов диаметром 12 метров.
Микроволны и радиоволны
К инфракрасному диапазону примыкает радиоизлучение, которое охватывает весь длинноволновый край электромагнитного спектра. Энергия квантов в радиодиапазоне очень мала. Ее обычно не хватает для существенных изменений в структуре атомов и молекул, но хватает, чтобы взаимодействовать с вращательными уровнями молекул, например, воды. Энергии радиоволн также достаточно для того, чтобы воздействовать на свободные электроны, например, в проводниках. Колебания электромагнитного поля радиоволны вызывают синхронные колебания электронов в антенне, то есть переменный электрический ток.
При высокой интенсивности микроволнового излучения этот ток может вызывать значительный нагрев вещества. Это свойство используется для разогрева продуктов, содержащих воду, в микроволновых печах. Микроволновое излучение также называют сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением. Оно является самым коротковолновым поддиапазоном радиоизлучения с длиной волны от 1 мм до 30 см. СВЧ-излучение проникает в толщу продуктов на глубину до нескольких сантиметров, что обеспечивает прогрев по всему объему, а не только с поверхности, как в случае обработки инфракрасным излучением на гриле. В микроволновом диапазоне также работают все системы сотовых телефонов и локальной радиосвязи, например, протоколы Bluetooth и WiFi, используемые беспроводными электронными устройствами.
Чем больше длина радиоволны, тем меньшую энергию она несет и тем труднее ее зарегистрировать. Для приема антенну, в которой под действием радиоволны возникают электрические колебания, подключают к электрическому контуру. При попадании в резонанс с его собственной частотой колебания усиливаются и их можно зарегистрировать. Чтобы поймать радиоволны, идущие из космоса, применяют зеркала-антенны параболической формы, которые собирают радиоизлучение всей своей площадью и концентрируют его на небольшой антенне. Тем самым повышается чувствительность инструмента.
Большая часть микроволнового излучения (начиная с длины волны 3–5 мм) проходит через атмосферу. То же можно сказать про ультракороткие волны (УКВ), на которых вещают местные телевизионные и радиостанции (в т. ч. FM-станции) и ведется космическая радиосвязь. Излучение их передатчиков регистрируется только в пределах прямой видимости антенн. Окно прозрачности атмосферы в радиодиапазоне (голубые стрелки на плакате) заканчивается примерно на длине волны 10–30 метров.
Более длинные радиоволны отражаются от ионосферы Земли. Это не позволяет наблюдать космические радиоисточники на более длинных волнах, но зато обеспечивает возможность глобальной коротковолновой радиосвязи. Радиоволны в диапазоне от 10 до 100 метров могут огибать всю Землю, многократно отражаясь от ионосферы и поверхности Земли. Правда, их распространение зависит от состояния ионосферы, на которую сильно влияет солнечная активность. Поэтому коротковолновая связь не отличается высоким качеством и надежностью.
Средние и длинные волны также отражаются от ионосферы, но сильнее затухают с расстоянием. Для того чтобы сигнал можно было поймать на расстоянии более тысячи километров, требуются очень мощные передатчики. Сверхдлинные радиоволны, с длиной в сотни и тысячи километров, огибают Землю уже не благодаря ионосфере, а за счет волновых эффектов, которые также позволяют им проникать на некоторую глубину под поверхность океана. Это свойство используется для экстренной связи с боевыми подводными лодками в погруженном состоянии. Другие радиоволны не проходят через морскую воду, которая из-за растворенных в ней солей представляет из себя хороший проводник и поглощает или отражает радиоизлучение.
Никакого теоретического предела для длины радиоволн неизвестно. На практике экспериментально удалось создать и зарегистрировать радиоволну с длиной волны 38 тыс. км (частота 8 Гц).
Пробный экзаменационный вариант «ЕГЭ физика пробник 5 вариант» (вариант, ответы, подробное решение 2022)
1. Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях.
Запишите в ответе их номера.
1) В любых системах отсчёта все механические процессы протекают одинаково.
2) Скорость диффузии в жидкости растёт с ростом температуры.
3) В цепи постоянного тока отношение напряжений на концах параллельно соединённых резисторов равно отношению их сопротивлений.
4) Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона имеют меньшую длину волны, чем радиоволны.
5) Ядро любого атома (кроме атома водорода) состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов.
2. Даны следующие зависимости величин:
А) Зависимость давления, оказываемого на опору, от площади опоры;
Б) Зависимость давления идеального газа от абсолютной температуры при изобарном процессе;
В) Зависимость энергии испускаемого фотона от частоты излучения.
Установите соответствие между этими зависимостями и видами графиков, обозначенных цифрами 1−5. Для каждой зависимости А−В подберите соответствующий вид графика и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
На рисунке приведен график зависимости проекции скорости тела от времени. Чему равна проекция ускорения тела в момент времени 6 с? Ответ выразите в метрах на секунду в квадрате.
4. Тело движется по прямой под действием постоянной силы, равной по модулю 10 Н и направленной вдоль этой прямой. Сколько секунд потребуется для того, чтобы под действием этой силы импульс тела изменился на 50 кгм/с?
5. Изменение координаты при движении маятника имеет вид Период колебаний маятника равен Т = 2 с. Через какое время кинетическая энергия маятника впервые примет минимальное значение? Ответ дайте в секундах.
6. Пуля массой 9 г вылетает из винтовки под углом к горизонту с начальной скоростью 100 м/с. Во время полёта пули на неё помимо силы тяжести действует сила сопротивления воздуха, направленная противоположно скорости пули. Из приведённого ниже списка выберите все правильные утверждения.
1) Полная механическая энергия пули в течение всего полёта равна 45 Дж.
2) Непосредственно перед падением пули на землю её кинетическая энергия меньше 45 Дж.
3) Пуля в течение всего полёта движется равноускоренно.
4) В верхней точке траектории вектор ускорения пули не совпадает по направлению с вектором силы тяжести.
5) В верхней точке траектории ускорение пули равно нулю.
7. На гладкой горизонтальной поверхности покоится небольшая шайба. На неё налетает другая шайба. Между шайбами происходит лобовое абсолютно неупругое соударение. Затем проводят второй опыт, увеличив массу налетающей шайбы, но оставив прежней её скорость. Как изменяются во втором опыте по сравнению с первым скорость шайб после соударения и выделившееся в процессе соударения количество теплоты?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
3) не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Скорость шайб после соударения
Количество теплоты, выделившееся
в процессе соударения
8. На лёгкую пружину жёсткостью 100 Н/м и длиной 10 см, прикреплённую вертикально к неподвижному штативу, аккуратно подвесили груз массой 2 кг и дождались, пока груз придёт в состояние покоя. Установите соответствие между физическими величинами и их значениями в СИ. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
А) длина растянутой пружины
Б) кинетическая энергия груза
На рисунке изображён график зависимости величины среднего значения квадрата скорости молекул идеального газа от температуры. Определите молярную массу этого газа. Ответ выразите в граммах на моль и округлите до целого числа.
10. На рисунке изображена зависимость давления p насыщенного водяного пара от температуры T. Точкой A на этом графике обозначено состояние пара, находящегося в закрытом сосуде. Чему равна относительная влажность воздуха (в процентах) в этом сосуде? Ответ округлите до целого числа.
Пять молей идеального одноатомного газа совершают процесс, график которого изображён на рисунке. Определите, какое количество теплоты было передано газу в этом процессе. Ответ выразите в килоджоулях и округлите до десятых долей.
На pV-диаграмме представлен цикл идеальной тепловой машины (цикл Карно), совершаемый с постоянным количеством идеального газа.
Из приведённого ниже списка выберите все правильные утверждения.
1) В процессе 3–4 температура газа увеличивается.
2) В процессе 4–1 газ получает некоторое количество теплоты.
3) Процессы 1–2 и 3–4 являются изотермическими.
4) В процессе 3–4 газ отдаёт некоторое количество теплоты.
5) В процессе 2–3 газ совершает отрицательную работу.
13. В цилиндрическом сосуде, расположенном горизонтально, находится идеальный газ. Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться без трения. Давление снаружи атмосферное. Сосуд с газом нагревают так, что температура газа повышается. Как изменятся в результате этого объём газа в сосуде и внутренняя энергия газа?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Объём газа в сосуде
Внутренняя энергия газа
14. Электрический ток, поступающий в цепь I0 = 4 А. Сопротивление каждого резистора 1 Ом. Найдите показание вольтметра, изображенного на рисунке.
На рисунке изображен горизонтальный проводник, по которому течет электрический ток в направлении «к нам». Как направлен (вверх, вниз, влево, вправо) вектор индукции магнитного поля в точке А? Ответ запишите словом.
16. В идеальном колебательном контуре радиоприёмника происходят электромагнитные колебания. Зависимость силы тока I в катушке от времени t имеет вид: Определите длину электромагнитной волны, на которую настроен этот контур. Ответ дайте в метрах.
17. В идеальном колебательном контуре происходят свободные электромагнитные колебания. В таблице показано, как изменялся заряд одной из пластин конденсатора в колебательном контуре с течением времени.
Выберите все верные утверждения о процессе, происходящем в контуре:
1) Период колебаний равен c.
2) В момент с энергия катушки максимальна.
3) В момент с энергия конденсатора минимальна.
4) В момент с сила тока в контуре равна 0.
5) Частота колебаний равна 125 кГц.
18. Колебательный контур радиоприемника настроен на некоторую длину волны Как изменятся период колебаний в контуре, их частота и соответствующая им длина волны, если уменьшить расстояние между пластинами конденсатора?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
19. Две прозрачные плоскопараллельные пластинки плотно прижаты друг к другу. Из воздуха на поверхность первой пластинки падает луч света (см. рисунок). Известно, что показатель преломления верхней пластинки равен n2 = 1,77. Установите соответствие между физическими величинами и их значениями. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
А) Синус угла падения луча на границу 2−3 между пластинками
Б) Угол преломления луча при переходе границы 3−1 (в радианах)
20. Покоящийся атом поглотил фотон с энергией Чему равен импульс атома после поглощения? (Ответ дайте в )
21. Отрицательно заряженная частица движется в вакууме с постоянной скоростью. Затем эта частица попадает в однородное электрическое поле и в течение некоторого времени движется в направлении его силовых линий.
Как меняются в процессе движения частицы в электрическом поле следующие физические величины: кинетическая энергия, длина волны де Бройля?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем таблице:
Кинетическая энергия
частицы
Длина волны де Бройля
частицы
22. Мультиметр — это современный комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе он включает функции вольтметра, амперметра и омметра.
Пользуясь фотографией, определите напряжение, измеряемое с помощью мультиметра, если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления шкалы вольтметра. В ответе запишите значение и погрешность слитно без пробелов.
23. Для проведения лабораторной работы по обнаружению зависимости сопротивления проводника от его диаметра ученику выдали пять проводников, характеристики которых приведены в таблице. Какие два из предложенных ниже проводников необходимо взять ученику, чтобы провести данное исследование?
24. Известно, что быстрый поток воды в горных реках легко переворачивает тяжёлые камни. Проанализируйте, основываясь на физических законах и закономерностях, это явление, считая для упрощения, что поток воды плотностью ρ, движущийся со скоростью v, «упирается» в кубический камень с ребром a и останавливается в пределах его поперечного сечения S = a 2 , создавая силу F, называемую «скоростным напором». Оцените, во сколько раз увеличится масса переворачиваемых камней, если скорость воды возрастёт в 3 раза (селевой поток)?
25. Камень массой 40 г брошен под углом 60° к горизонту. Модуль импульса камня в момент броска равен 0,4 кг·м/с. Чему равна кинетическая энергия камня в верхней точке траектории его движения? Сопротивление воздуха пренебрежимо мало.
26. Три одинаковых резистора сопротивлением 30 Ом каждый подключают к источнику постоянного напряжения: первый раз — последовательно, второй — параллельно. При этом показания идеального амперметра (см. рисунок) отличаются в 6 раз. Определите внутреннее сопротивление источника напряжения.
27. Два одинаковых теплоизолированных сосуда соединены короткой трубкой с краном. Объём каждого сосуда V = 1 м 3 . В первом сосуде находится ν1 = 1 моль гелия при температуре T1 = 450 К; во втором — ν2 = 3 моль аргона при температуре Т2 = 300 К. Кран открывают. Определите давление в сосудах после установления равновесного состояния.
В электрической цепи, схема которой изображена на рисунке, конденсатор ёмкостью С = 9 мкФ в начальный момент заряжен до напряжения U = 50 В, к нему подключена цепочка из двух последовательно соединённых катушек с одинаковой индуктивностью L = 10 мГн, а оба ключа разомкнуты. Вначале замкнули ключ К2, а потом ключ К1, в результате чего в цепи возникли гармонические колебания. В момент, когда сила тока в цепи при этих колебаниях обратилась в ноль, разомкнули ключ К2. Как и на сколько изменилась после этого амплитуда колебаний силы тока в цепи?
29. Масляная пленка на воде при наблюдении вертикально к поверхности кажется оранжевой. Каково минимальное возможное значение толщины пленки? Показатель преломления воды 1,33, масла — 1,47. Длина световой волны Учтите, что отражение света от оптически более плотной среды происходит с потерей полуволны, а от оптически менее плотной среды без потери полуволны.
30. Кусок пластилина сталкивается со скользящим навстречу по горизонтальной поверхности стола бруском и прилипает к нему. Скорости пластилина и бруска перед ударом направлены взаимно противоположно и равны и Масса бруска в 4 раза больше массы пластилина. К моменту, когда скорость слипшихся бруска и пластилина уменьшилась в 2 раза, они переместились на 0,22 м. Определите коэффициент трения бруска о поверхность стола.
Какие законы Вы используете для описания взаимодействия бруска и куска пластилина? Обоснуйте их применение к данному случаю.
1. Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях.
Запишите в ответе их номера.
1) В любых системах отсчёта все механические процессы протекают одинаково.
2) Скорость диффузии в жидкости растёт с ростом температуры.
3) В цепи постоянного тока отношение напряжений на концах параллельно соединённых резисторов равно отношению их сопротивлений.
4) Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона имеют меньшую длину волны, чем радиоволны.
5) Ядро любого атома (кроме атома водорода) состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов.
1) Неверно. Механические процессы протекают одинаково в любых инерциальных системах отсчета.
2) Верно. Чем выше температура тела, тем быстрее движутся молекулы, тем быстрее протекает диффузия.
3) Неверно. При параллельном соединении резисторов напряжение на каждой ветви цепи одинаково.
4) Верно. Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона имеют меньшую длину волны, чем радиоволны.
5) Верно. Ядро любого атома состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов.
2. Даны следующие зависимости величин:
А) Зависимость давления, оказываемого на опору, от площади опоры;
Б) Зависимость давления идеального газа от абсолютной температуры при изобарном процессе;
В) Зависимость энергии испускаемого фотона от частоты излучения.
Установите соответствие между этими зависимостями и видами графиков, обозначенных цифрами 1−5. Для каждой зависимости А−В подберите соответствующий вид графика и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны, длина волны которых :a?
Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны, длина волны которых :
Больше, чем у инфракрасного излучения, и меньше, чем у видимого света
Больше, чем у видимого света, и меньше, чем у рентгеновского излучения
Лежат в диапазоне между рентгеновским и — излучением
Меньше, чем у видимого света, и больше, чем у рентгеновского излучения.
D. меньше, чем у видимого света, и больше, чем у рентгеновского излучения
Физика Какой из квантов имеет большую энергию?
Физика Какой из квантов имеет большую энергию?
А соответствующий ультрафиолет излучению Б соответствующий видимому свету В соответствующий инфракрасному излучению Г соответсвующий рентгеновскому излучению.
Человеческий глаз воспринимает как видимый свет электромагнитное излучение с длиной волны в вакууме от 400 до 780 нм?
Человеческий глаз воспринимает как видимый свет электромагнитное излучение с длиной волны в вакууме от 400 до 780 нм.
Каков диапазон частот видимого излучения?
Длины волн видимого электромагнитного излучения лежат в диапазоне от 400 нм до 780 нм?
Длины волн видимого электромагнитного излучения лежат в диапазоне от 400 нм до 780 нм.
Каков максимальный импульс фотона видимого излучения?
Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны, длина волны которых :Выберите один ответ?
Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны, длина волны которых :
Выберите один ответ.
A. больше, чем у инфракрасного излучения, и меньше, чем у видимого света
Больше, чем у видимого света, и меньше, чем у рентгеновского излучения
Меньше, чем у видимого света, и больше, чем у рентгеновского излучения
Лежат в диапазоне между рентгеновским и — излучением.
Расположите в порядке возрастания частоты электромагнитные излучения разной природы 1) инфракрасное излучение солнца 2) рентгеновское излучение 3) видимый свет 4) ультрафиолетовое излучение?
Расположите в порядке возрастания частоты электромагнитные излучения разной природы 1) инфракрасное излучение солнца 2) рентгеновское излучение 3) видимый свет 4) ультрафиолетовое излучение.
Электромагнитные волны с минимальной длиной волны : 1) рентгеновские 2) ультрафиолетовые 3) инфракрасные 4) видимый свет?
Электромагнитные волны с минимальной длиной волны : 1) рентгеновские 2) ультрафиолетовые 3) инфракрасные 4) видимый свет.
РАСПОЛОЖИТЕ ПЕРЕЧИСЛЕННЫЕ НИЖЕ ВИДЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ В ПОРЯДКЕ УВЕЛИЧЕНИЯ ДЛИНЫ ИХ ВОЛН : 1)ВИДИМЫЙ СВЕТ ; 2)РАДИОВОЛНЫ ; 3)РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ; 4)УЛЬТРАФИОЛОТЕВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ?
РАСПОЛОЖИТЕ ПЕРЕЧИСЛЕННЫЕ НИЖЕ ВИДЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ В ПОРЯДКЕ УВЕЛИЧЕНИЯ ДЛИНЫ ИХ ВОЛН : 1)ВИДИМЫЙ СВЕТ ; 2)РАДИОВОЛНЫ ; 3)РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ; 4)УЛЬТРАФИОЛОТЕВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.
Ультрафиолетовое излучение имеет частоты : 1) Меньше, чем частоты инфракрасного диапазона 2) Больше, чем частоты инфракрасного диапазона 3)Меньше, чем частоты видимого излучения 4) Больше, чем частоты?
Ультрафиолетовое излучение имеет частоты : 1) Меньше, чем частоты инфракрасного диапазона 2) Больше, чем частоты инфракрасного диапазона 3)Меньше, чем частоты видимого излучения 4) Больше, чем частоты рентгеновского диапазона.
Что общего между радиоволнами, инфракрасным излучением, видимым светом, ультрафиолетовым излучением и рентгеновским излучением?
Что общего между радиоволнами, инфракрасным излучением, видимым светом, ультрафиолетовым излучением и рентгеновским излучением.
И чем они отличаются?
Как расположатся данные виды излучений в порядке увеличения длины волны :а)рентгеновское излучениеб) инфракрасное излучениев) ультрафиолетовое излучение?
Как расположатся данные виды излучений в порядке увеличения длины волны :
б) инфракрасное излучение
в) ультрафиолетовое излучение.
На этой странице сайта, в категории Физика размещен ответ на вопрос Ультрафиолетовое излучение – это электромагнитные волны, длина волны которых :a?. По уровню сложности вопрос рассчитан на учащихся 5 — 9 классов. Чтобы получить дополнительную информацию по интересующей теме, воспользуйтесь автоматическим поиском в этой же категории, чтобы ознакомиться с ответами на похожие вопросы. В верхней части страницы расположена кнопка, с помощью которой можно сформулировать новый вопрос, который наиболее полно отвечает критериям поиска. Удобный интерфейс позволяет обсудить интересующую тему с посетителями в комментариях.
На 74 градусов. Наверное так.
Площадь верхнего основания конуса не имеет никакого значения. Со стороны нижнего основания на стол действует сила mg, распределённая по площади Sa Единственно, надо площадь перевести в квадратные метры Sa = 4 см² = 4 / 10000 м² = 0, 0004 м² P = mg /..
Поскольку за ПЕРИОД грузик пройдет расстояние, равное четырем амплитудам : L₀ = 4 * 3 = 12 см или 0, 12 м то число колебаний : n = L / L₀ = 0, 36 / 0, 12 = 3 Ответ : 3 колебания.
Q = λ * m = 4 * 330000 = 1320000Дж или 1320 кДж.
Решение Q = m * λ Отсюда находим массу m = Q / λ = 0, 1 кг 100 грамм свинца.
V = 72 км / ч = 20 м / с ; = V² / R = 20² / 500 = 0, 8 м / с² ; N = m(g — ) = 500×(10 — 0, 8) = 4600 Н (4500, если брать g за 9. 8 м / с²).
Правильный ответ это б.
0, 3 * m1 = N * 0, 2 0, 1 * N = 0, 3 * M m1 = 2M M = 1, 2 кг.
Потому что перемещение , cкорость, ускорение — величины векторные и работать с векторами труднее чем с проекциями.
Ответ : Объяснение : Дано : S₁ = S / 4V₁ = 72 км / чS₂ = 3·S / 4V₂ = 15 м / с____________Vcp — ? Весь путь равен S. Время на первой четверти пути : t₁ = S₁ / V₁ = S / (72·4) = S / 288 чВремя на остальной части пути : t₂ = S₂ / V₂ = 3·S / (15·4) = 3..
Шкала электромагнитных волн
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Шкала электромагнитных волн»
Мы уже с вами знаем, что в 1864 году английский физик Джеймс Клерк Максвелл впервые высказал гипотезу о существовании электромагнитных волн, распространяющихся в вакууме с предельно возможной скоростью — скоростью света. Этот факт дал возможность Максвеллу предположить, что свет имеет электромагнитную природу. Благодаря этому произошло объединение в одно учение оптики и электромагнетизма.
После экспериментального обнаружения электромагнитных волн Герцем и их последующего изучения было установлено, что свойства волн сильно зависят от их частоты. А так как все электромагнитные волны имеют одну и ту же природу, то было решено свести их в единую шкалу электромагнитных волн. Вдоль шкалы слева направо непрерывно возрастает одна величина — частота (или уменьшается длина волны). Ввиду огромного различия длин волн эта шкала построена в логарифмическом масштабе: метки на шкале соответствуют длинам, каждая из которых отличается в 10 раз от соседней. На шкале указаны участки длин волн (или частоты), занимаемые различными типами электромагнитных волн. А распределение электромагнитных волн по типам сделано в соответствии со способами их генерации и их взаимодействия с веществом. Несмотря на то, что границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны, всё же принято выделять семь (иногда восемь) типов электромагнитных волн.
Итак, первый участок шкалы содержит волны, которые возбуждаются низкочастотными электромагнитными колебаниями. Их генерируют устройства, обладающие большой индуктивностью и ёмкостью, например, генераторы переменного тока. Такие волны очень быстро затухают и практически не излучаются в пространство.
Далее следуют радиоволны. Их, в свою очередь, принято делить на две части. К первой части относятся волны, которые излучаются открытыми колебательными контурами. По длине волны их делят на длинные (или километровые) (3 ∙ 10 3 м < λ ≤ 3 ∙ 10 4 м), средние (или гектометровые) (2 ∙ 10 2 м < λ ≤ 3 ∙ 10 3 м) и короткие (декаметровые) волны (10 м < λ ≤ 2 ∙ 10 2 м).
Длинные волны распространяются на расстояния 1—2 тысяч километров за счёт дифракции на сферической поверхности Земли (то есть они могут огибать земную поверхность). Средние волны способны распространяться на сотни и тысячи километров благодаря огибанию земной поверхности, а также (преимущественно в ночное время) отражаясь от ионосферы Земли. А короткие волны распространяются, поочерёдно отражаясь от ионосферы и поверхности Земли с малыми потерями мощности.
Ко второй части данного участка шкалы относят ультракороткие волны — это диапазон радиоволн, объединяющий метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны. Ультракороткие волны излучаются специальными электромагнитными вибраторами и регистрируются радиотехническими устройствами. Такие волны распространяются прямолинейно. Они способны проходить через ионосферу Земли и уходить в космос. Поэтому их используют для космической связи. А на Земле (в условиях прямой видимости) — в телевидении и радиолокации.
С третьего участка шкалы электромагнитных волн начинаются волны, которые излучаются атомами и молекулами вещества. Участки три, четыре и пять шкалы относятся к оптическому излучению.
Четвёртый участок — это видимое излучение, то есть электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Ранее мы с вами показали, что чувствительность человеческого глаза к электромагнитному излучению зависит от длины волны излучения, при этом максимум чувствительности приходится на зелёную часть спектра.
Видимое излучение также попадает в «оптическое окно» — область спектра электромагнитного излучения, практически не поглощаемого земной атмосферой. Чистый воздух рассеивает синий свет существенно сильнее, чем свет с большими длинами волн, поэтому полуденное небо выглядит голубым.
Изучая опыты Ньютона по дисперсии света, мы с вами показали, что белый свет является сложным цветом, так как он состоит из простых монохроматических цветов. Как мы помним, Ньютон выделил из белого света семь основных цветов. Число семь он выбрал из убеждения, что существует связь между цветами, музыкальными нотами, объектами Солнечной системы и днями недели.
Дальнейшие исследования спектра видимого излучения показали, что кроме видимых лучей, он содержит ещё и невидимые лучи. Так в 1800 году английский астрономом Уильям Гершель параллельно с изучением и исследованием Солнца искал способы уменьшения нагревания инструментов для наблюдения. Для этого учёный изучал температуру различных участков солнечного спектра, помещая в них края чувствительных термометров. Какого же было удивление учёного, когда он обнаружил, что «максимум тепла» лежит за насыщенным красным цветом и, возможно, «за видимым преломлением».
Из-за повышенной способности этих невидимых лучей нагревать тела, они были названы тепловыми, а затем (уже учитывая их расположение в спектре) — инфракрасными.
В настоящее время к инфракрасному излучению относят электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и микроволновым радиоизлучением.
Исследования инфракрасного излучения показали, что оно испускается любыми телами, температура которых выше абсолютного нуля. При этом чем выше температура излучающего тела, тем больше интенсивность инфракрасного излучения и тем больше его частота.
На регистрации инфракрасных лучей основана тепловизионная техника, позволяющая вести наблюдение в полной темноте: это тепловизоры, приборы ночного видения, оптические прицелы ночного видения и так далее. Общее у всех этих приборов то, что все они преобразуют инфракрасное излучение в видимый нами свет.
Свойства инфракрасного излучения позволяют широко применять его в бытовой технике. Наиболее известный пример применения такого излучения — пульт дистанционного управления электронным устройством. Световой сигнал, исходящий от такого пульта, невидим для человека, что делает его применение удобным.
После того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения с противоположного конца видимого спектра. И уже в 1801 году он обнаружил, что хлорид серебра белого цвета в течение нескольких минут темнеет на свету. Однако разные участки спектра по-разному влияют на скорость потемнения. А быстрее всего это происходит перед фиолетовой областью спектра. Обнаруженный вид излучения был назван ультрафиолетовым (от латинских слов «сверх, за пределами» и «фиолетовый»).
В настоящее время под ультрафиолетовым излучением понимают электромагнитное излучение с длиной волны 10—380 нм.
Ультрафиолетовое излучение химически и биологически активно. Оно вызывает явление фотоэффекта, флуоресценцию и фосфоресценцию ряда веществ. Однако сами по себе ультрафиолетовые лучи не вызывают зрительных образов, так как они невидимы. Но их действие на биологические объекты очень велико и разрушительно. Например, ультрафиолетовое излучение Солнца недостаточно поглощается верхними слоями атмосферы. Вот почему высоко в горах нельзя оставаться длительное время без одежды и тёмных очков, так как это может привести не только к ожогам, но и к развитию рака кожи. По этой же причине не рекомендуется загорать на пляже под полуденным Солнцем, когда ультрафиолетовое излучение наиболее интенсивно. А для защиты глаз следует применять стеклянные очки, прозрачные только для видимого спектра, так как стекло сильно поглощает ультрафиолетовые лучи. Достаточно широко ультрафиолетовое излучение применяется для обеззараживания воды, воздуха и различных поверхностей. Используют его и для защиты денежных купюр и банковских карт.
Шестой участок шкалы электромагнитных волн образует рентгеновское излучение. Открыто оно было в конце XIX века совершенно случайно. В то время многие учёные изучали газовый разряд, происходящий при очень малом давлении. В этих условиях в газоразрядной трубке создавались потоки очень быстрых электронов. Но так как об электроне, как о частице, тогда ничего не знали, то их потоки называли катодными лучами, так как они рождались на катоде трубки. Так вот, изучая катодные лучи немецкий физик Вильгельм Конрад Рёнтген скоро заметил, что фотопластинка, помещённая вблизи разрядной трубки, оказывалась засвеченной даже в том случае, когда она была завёрнута в чёрную бумагу.
Это натолкнуло учёного на мысль о том, что при работе разрядной трубки возникает какое-то неизвестное ранее сильно проникающее излучение. Он назвал его Х-лучами. Впоследствии за этим излучением прочно укрепился термин «рентгеновские лучи». А сам Вильгельм Рёнтген в 1901 году стал первым в истории физики лауреатом Нобелевской премии.
Что интересно, открытые Рёнтгеном лучи вызывали ионизацию воздуха, не отражались от веществ и не испытывали преломления. Поэтому было высказано предположение, что рентгеновские лучи, возникающие при резком торможении быстрых электронов атомами твёрдых тел, являются электромагнитными волнами с очень малой длиной волны.
Что бы доказать (или опровергнуть) это предположение в тысяча девятьсот двенадцатом (1912) году немецкий физик Макс фон Лауэ совместно с двумя студентами (они-то и проводили опыт) направили узкий пучок рентгеновских лучей на кристалл, за которым расположили фотопластинку.
После проявления пластинки оказалось, что вокруг большого центрального пятна, которые давали лучи, распространяющиеся по прямой, были обнаружены регулярно расположенные небольшие пятнышки. Их появление можно было объяснить только дифракцией рентгеновских лучей на упорядоченной структуре кристалла. Дальнейшее исследование дифракционной картины позволило определить длину волны рентгеновских лучей. Она оказалась меньше длины волны ультрафиолетового излучения, и по порядку величины была равна размерам атома.
Таким образом было доказано, что рентгеновские лучи — это электромагнитные волны с очень малой длиной волны.
Для генерации рентгеновского излучения разработаны электровакуумные приборы, называемые рентгеновскими трубками. Их основными конструктивными элементами являются металлические катод, в виде вольфрамовой спирали, и анод. Катод при нагревании испускает электроны (происходит термоэлектронная эмиссия). Далее из-за большой разности потенциалов между катодом и анодом (десятки — сотни киловольт) поток электронов ускоряется и приобретает большую энергию. Полученный ускоренный пучок электронов попадает на положительно заряженный анод, где электроны испытывают резкое торможение, моментально теряя бо́льшую часть приобретённой энергии.
Большая её часть (около 99 %) превращается в тепло, вызывая нагревание анода. И лишь около 1 %энергии превращается в тормозное излучение рентгеновского диапазона.
При изучении рентгеновских лучей было также установлено, что их поглощение веществом пропорционально плотности вещества: они легко могут пройти через алюминиевую пластинку толщиной до десяти сантиметров, но легко задерживаются сантиметровым слоем свинца.
Свойство рентгеновских лучей проходить через вещество используется на практике уже со времени их открытия. В частности, в медицине просвечивание человеческого тела рентгеновскими лучами даёт возможность получать фотографии скелета и внутренних органов человека. По дифракционной картине, даваемой рентгеновскими лучами при их прохождении сквозь кристаллы, удаётся установить порядок расположения атомов в пространстве — то есть структуру кристаллов. А с помощью рентгеноструктурного анализа можно расшифровать строение сложнейших органических соединений, в том числе и белков.
Седьмой (и последний) участок шкалы электромагнитных волн занимают гамма-лучи, которые возникает в результате процессов, происходящих в атомных ядрах, и сопровождают ядерные реакции. Гамма-излучение характеризуется чрезвычайно малой длиной волны (менее 0,2 нм). Вследствие этого оно обладает громадной проникающей способностью. Например, в воздухе длина свободного пробега гамма-лучей достигает нескольких сот метров, и около 5 см в свинце.
Облучение гамма-квантами в зависимости от дозы и продолжительности может вызвать хроническую и острую лучевую болезнь. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых (при локальном воздействии на них) и других быстро делящихся клеток.
В заключение отметим, что с уменьшением длины электромагнитных волн всё сильнее проявляются квантовые свойства излучения и всё с большим основанием вместо слова «волны» можно использовать выражение «поток фотонов». Однако о фотонах мы с вами будем говорить немного позже.