Оптика

Задание №18. Текстовая Качественная Задача

№2. Задание 18

ID: 00045342

Фотолюминесценция

Некоторые вещества при освещении электромагнитным излучением сами начинают светиться. Такое свечение, или люминесценция, отличается важной особенностью: свет люминесценции характеризуется большей длиной волны, чем возбуждающий свет.

Некоторые тела сохраняют способность светиться некоторое время после того, как освещение их прекратилось. Такое послесвечение может иметь различную длительность: от долей секунды до многих часов. Принято называть свечение, прекращающееся с освещением, флуоресценцией, а свечение, имеющее заметную длительность, фосфоресценцией.

Фосфоресцирующие кристаллические порошки используются для покрытия специальных экранов, сохраняющих своё свечение две-три минуты после освещения. Такие экраны светятся и под действием рентгеновских лучей.

Явление люминесценции характеризуется крайне высокой чувствительностью: достаточно иногда $10^{-10}$ г светящегося вещества, чтобы обнаружить это вещество по характерному свечению. Это свойство лежит в основе люминесцентного анализа, который позволяет обнаружить ничтожно малые примеси и судить о загрязнениях или процессах, приводящих к изменению исходного вещества.

Два одинаковых кристалла, имеющих свойство фосфоресцировать в зелёной части спектра, были предварительно освещены: первый — инфракрасными лучами, второй — ультрафиолетовыми лучами. Для какого из кристаллов можно будет наблюдать послесвечение? Ответ поясните.

Источник: Сборник Камзеевой 2026

Решение

Что тут происходит. Два одинаковых кристалла умеют светиться зелёным светом и продолжают светиться после того, как освещение убрали (это и есть фосфоресценция, послесвечение). Один кристалл заранее осветили инфракрасными лучами, другой — ультрафиолетовыми. Какой из них потом будет светиться?

Шаг 1 — правило из текста. Свет люминесценции всегда имеет большую длину волны, чем возбуждающий свет. Значит, чтобы кристалл засветился зелёным, его надо осветить светом с длиной волны меньше, чем у зелёного.

Шаг 2 — расставляем лучи по шкале электромагнитных волн. Инфракрасное излучение лежит за красным краем видимого спектра — его длина волны больше, чем у красного, и тем более больше, чем у зелёного. Ультрафиолетовое лежит за фиолетовым краем — его длина волны меньше, чем у фиолетового, и тем более меньше, чем у зелёного.

Шаг 3 — почему так устроено. Свет переносит энергию порциями, и чем короче волна, тем больше энергия одной порции. Кристалл поглощает порцию, часть энергии тратит на нагрев, а остаток отдаёт в виде света — поэтому излучённая порция меньше, а волна длиннее. Порция инфракрасного света слишком мала, чтобы из неё «сделать» зелёную.

Шаг 4 — вывод. Первый кристалл (ИК-лучи) возбудиться не сможет и светиться не будет. Второй (УФ-лучи) возбудится, а раз он фосфоресцирующий — будет светиться и после выключения освещения. Послесвечение наблюдается у второго кристалла.

Проверим себя по тексту: экраны с фосфоресцирующим покрытием светятся и от рентгеновских лучей — у них длина волны ещё меньше, чем у ультрафиолета, что согласуется с правилом.

Ответ

Послесвечение будет у второго кристалла (освещённого ультрафиолетом): возбуждающий свет должен иметь меньшую длину волны, чем свет люминесценции; ультрафиолет коротковолновее зелёного, а инфракрасные лучи — длинноволновее.

Другие задания по теме «Оптика» (8)