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 т. 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 V, 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.


Рис. 1 Рис. 2

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

(λ−λ00=v/c

 

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

Эффект Доплера справедлив и для звуковых волн. Что происходит с высотой тона звукового сигнала поезда при его удалении от наблюдателя? Ответ поясните.

Конец формы

 

Начало формы

Примерно сто лет назад американский астроном Весто Слайфер обнаружил, что длины волн в спектрах излучения большинства галактик смещены в красную сторону. Этот факт может быть связан с тем, что

 

1) галактики разбегаются (Вселенная расширяется)

2) галактики сближаются (Вселенная сжимается)

3) Вселенная бесконечна в пространстве

4) Вселенная неоднородна

 

Конец формы

Начало формы

Наблюдатель, к которому источник света приближается, зафиксирует

1) увеличение скорости света и уменьшение длины световой волны

2) увеличение скорости света и увеличение длины световой волны

3) уменьшение длины световой волны и увеличение её частоты

4) увеличение длины световой волны и уменьшение её частоты

Микроскоп1

Человеческий глаз характеризуется определённым разрешением (предельной разрешающей способностью), то есть наименьшим расстоянием между двумя точками наблюдаемого объекта, при котором эти точки ещё могут быть отличены одна от другой. Для нормального глаза при удалении от объекта на расстояние наилучшего видения (D = 250 мм) среднестатистическое нормальное разрешение составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т.д. значительно меньше этой величины.

Увеличение разрешающей способности глаза достигается с помощью оптических приборов. При наблюдении мелких предметов применяют оптический микроскоп.

Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных собирающих линз – объектива и окуляра (рис. 1). Расстояние между объективом и окуляром можно изменять при настройке на резкость. Предмет S помещается на расстоянии, немного большем фокусного расстояния объектива. В этом случае объектив даст действительное перевёрнутое увеличенное изображение S1 предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение S1 находилось немного ближе его фокальной плоскости. Окуляр действует как лупа. S2 – изображение, которое увидит человеческий глаз через окуляр.

Рис.1

Ход лучей в микроскопе

Хороший микроскоп может давать увеличение в несколько сотен раз. Однако, осуществляя большие увеличения, мы можем повысить разрешающую способность микроскопа лишь до известного предела. Это связано с тем фактом, что становится необходимым учитывать волновые свойства света. Фундаментальное ограничение заключается в невозможности получить при помощи электромагнитного излучения изображение объекта, меньшего по размерам, чем длина волны этого излучения. Предельная разрешающая способность микроскопа связана с длиной волны электромагнитного излучения. «Проникнуть глубже» в микромир возможно при применении излучений с меньшими длинами волн.

 

Изображение предмета, получаемое через окуляр, является

1) мнимым уменьшенным

2) мнимым увеличенным

3) действительным увеличенным

4) действительным уменьшенным

Конец формы

 

Начало формы

Можно ли повышать безгранично разрешающую способность микроскопа? Ответ поясните.

Конец формы

 

Начало формы

Принципиальное ограничение разрешающей способности микроскопа определяется

 

1) оптической силой объектива

2) длиной волны используемого излучения

3) интенсивностью используемого излучения

4) оптической силой объектива и окуляра

Микроскоп2

Человеческий глаз характеризуется определённым разрешением (предельной разрешающей способностью), то есть наименьшим расстоянием между двумя точками наблюдаемого объекта, при котором эти точки ещё могут быть отличены одна от другой. Для нормального глаза при удалении от объекта на расстояние наилучшего видения (D = 250 мм) среднестатистическое нормальное разрешение составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т.д. значительно меньше этой величины.

Увеличение разрешающей способности глаза достигается с помощью оптических приборов. При наблюдении мелких предметов применяют оптический микроскоп.

Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных собирающих линз – объектива и окуляра (рис. 1). Расстояние между объективом и окуляром можно изменять при настройке на резкость. Предмет S помещается на расстоянии, немного большем фокусного расстояния объектива. В этом случае объектив даст действительное перевёрнутое увеличенное изображение S1 предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение S1 находилось немного ближе его фокальной плоскости. Окуляр действует как лупа. S2 – изображение, которое увидит человеческий глаз через окуляр.

Рис.1 Ход лучей в микроскопе

 

Хороший микроскоп может давать увеличение в несколько сотен раз. Однако, осуществляя большие увеличения, мы можем повысить разрешающую способность микроскопа лишь до известного предела. Это связано с тем фактом, что становится необходимым учитывать волновые свойства света. Фундаментальное ограничение заключается в невозможности получить при помощи электромагнитного излучения изображение объекта, меньшего по размерам, чем длина волны этого излучения. Предельная разрешающая способность микроскопа связана с длиной волны электромагнитного излучения. «Проникнуть глубже» в микромир возможно при применении излучений с меньшими длинами волн.

Изображение предмета, получаемое через окуляр, является

 

1) действительным уменьшенным

2) действительным увеличенным

3) мнимым уменьшенным

4) мнимым увеличенным

Конец формы

 

Начало формы

Рентгеновский микроскоп основан на использовании электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 1 нанометра. Предельная разрешающая способность рентгеновского микроскопа

1) немного больше предельной разрешающей способности оптического микроскопа

2) немного меньше предельной разрешающей способности оптического микроскопа

3) во много раз больше предельной разрешающей способности оптического микроскопа

4) во много раз меньше предельной разрешающей способности оптического микроскопа

 

Конец формы

Начало формы

Принципиальное ограничение разрешающей способности микроскопа определяется

1) интенсивностью используемого излучения

2) длиной волны используемого излучения

3) оптической силой объектива

4) оптической силой объектива и окуляра

 

Конец формы

Конец формы

 

 

Атмосферная рефракция

 

Прежде чем луч света от удалённого космического объекта (например, звезды) сможет попасть в глаз наблюдателя, он должен пройти сквозь земную атмосферу. При этом световой луч подвергается процессам рефракции (преломления), поглощения и рассеяния.

Попадая в атмосферу Земли, луч в результате преломления отклоняется от прямой линии по направлению к Земле. Это явление называется рефракцией. По мере приближения к поверхности Земли плотность атмосферы растёт, и лучи преломляются всё сильнее. В результате все небесные тела, за исключением тех, что находятся в зените, кажутся на небе выше, чем они есть на самом деле (см. рисунок). Угол α между истинным и видимым направлениями на звезду называется углом рефракции. Звёзды вблизи горизонта, свет которых должен пройти через большую толщу атмосферы, сильнее всего подвержены действию атмосферной рефракции (угол рефракции составляет порядка 1/6 углового градуса).

 

Видимое смещение (обозначено пунктиром)

для истинных звёзд S1 и S2. Наблюдатель находится в точке О

 

Наличие атмосферных слоёв с различной плотностью, температурой и составом и существование вертикальных и горизонтальных перемещений этих слоёв могут создавать переменную рефракцию, которая приводит к видимому мерцанию звёзд.

К другим астрономическим явлениям, связанным с рефракцией света в атмосфере, относится освещение диска Луны красноватым светом во время полных лунных затмений. Такое освещение создаётся солнечными лучами, которые из-за преломления в атмосфере попадают в конус земной тени
и, соответственно, на поверхность Луны.

Ещё в древности Птолемей (2 век) описал кажущееся изменение формы диска Солнца, когда оно находится у горизонта. Сплюснутым или растянутым по вертикали будет казаться диск Солнца у горизонта? Ответ поясните.

Конец формы

 

Начало формы

Рефракцией света в атмосфере называется атмосферно-оптическое явление, вызываемое

1) поглощением световых лучей в атмосфере

2) преломлением световых лучей в атмосфере

3) рассеянием световых лучей в атмосфере

4) поглощением, преломлением и рассеянием световых лучей в атмосфере

 

Конец формы

Начало формы

Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?

А. Для звезды, находящейся в зените, угол рефракции равен нулю.

Б. Наблюдатель на Земле может видеть только те звёзды, истинное положение которых выше горизонта.

 

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

 

Конец формы

 

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. рис. 1).

 

Рис. 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 кажется сине-зелёной, нижняя – оранжево-красной (рис. 2).

 

 

Рис. 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.

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.

Конец формы

 

Начало формы

Появление зелёного луча в момент захода Солнца связано

1) только с рефракцией света

2) только с дисперсией света

3) только с рассеянием света

4) с рефракцией, дисперсией и рассеянием света

 

Конец формы

Начало формы

Криволинейное распространение света при прохождении атмосферы объясняется

1) поглощением света в оптически неоднородной среде

2) рассеянием света в оптически неоднородной среде

3) преломлением света в оптически неоднородной среде

4) дисперсией света в оптически неоднородной среде

 

Конец формы

 


 

...





Читайте также:
Конфликтные ситуации в медицинской практике: Наиболее ярким примером конфликта врача и пациента является...
Пример оформления методической разработки: Методическая разработка - разновидность учебно-методического издания в помощь...
Роль химии в жизни человека: Химия как компонент культуры наполняет содержанием ряд фундаментальных представлений о...
Своеобразие родной литературы: Толстой Л.Н. «Два товарища». Приёмы создания характеров и ситуаций...

Поиск по сайту

©2015-2022 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-04-20 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:


Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.027 с.