В.М. Анисимов, Г.Э. Солохина - Методические указаная к лабораторным работам и темы докладов (1012829), страница 14
Текст из файла (страница 14)
3.30По указателю производится отсчет углов 1 и 2.Из рис.3.30 видно, что среднее значение угла дифракциибыть рассчитано по разности двух отсчетов:12может.(3.61)2Измерения углов проводятся следующим образом. Целое числоградусов определяется по значению на лимбе кругового кольца переднулевым делением нониуса. Затем измеряется число делений нониусадо совпадающих рисок на шкалах лимба и нониуса. Цена каждогоделения нониуса 6 .На рис.3.31 показан пример измерения для угла 1 = 86 + 6дел 6 =86 36 .91Порядок выполнения работы1. Осветить щель коллиматора ртутной лампой.2. Окуляр зрительной трубы сфокусировать на вертикальную нитьтак, чтобы она была отчетливо видна.3. Установить зрительную трубу на одной прямой с коллиматороми наблюдать изображение щели.4. Поставить на столик решетку.5.
Повернуть зрительную трубу влево и вправо от центральнойлинии и измерить угловое расположение 1 и 2 спектральных линийразных цветов (фиолетовые, синие, зеленые и желтые) в трех первыхспектрах (k = 1, 2, 3). Результаты измерений занести в табл.3.15.Таблица 3.15kЦветлинии1вправо отцентральнойлинии2влево отцентральнойлинииsinмСиний1 ЗеленыйЖелтыйСиний2 ЗеленыйЖелтыйСиний3 ЗеленыйЖелтый6. Для каждой линии подсчитать среднее отклонение отцентральной линии по формуле (3.61).7. Подсчитать значения sinи по формуле (3.59) определитьдлины волн . Период решетки (а + b) рассчитать по известному числуштрихов n на единицу длины решетки по формуле (3.53)8.
Найти – средние значения длин волн соответствующих цветов:синийзеленыйжелтый===9. Взяв измеренные длины волн и значениядля двух линийодного порядка по формуле (3.60) определить экспериментальноезначение угловой дисперсии D эксп. . Сравнить полученный результат92со значением Dтеор., рассчитанным по формуле (3.58). Результатырасчетов занести в табл.3.16.Таблица 3.16kDэксп.рад/мDтеор.рад/мLосв.мN–R–10. Измерить линейкой освещенную ширину решетки Lосв.
иопределить число освещенных штрихов:L осв.N.(a b )11. По формуле (3.55)R kNоценить разрешающую способность решетки для одного из порядковспектра.12. Отключить лампу от сети.Контрольные вопросы1. Дифракционная решетка. Условие главных максимумов.2. Разрешающая способность и угловая дисперсия дифракционнойрешетки.3. Основные элементы устройства спектрометра.4. Как производится отсчет углов дифракции в работе?5. Как экспериментально оценить угловую дисперсию иразрешающую способность дифракционной решетки?6. Как зависят угловая дисперсия и разрешающая способностьрешетки от порядка наблюдаемого спектра?93РАЗДЕЛ4Образ природы в неклассическоместествознании4.1. Квантовая концепция в неклассической физикеПервым этапом в развитии неклассической квантовой физикиявилось введенное в начале ХХ века понятие о квантах света.
Изучениевзаимодействия света с веществом показало, что у света помимоволновых свойств есть и другие свойства, которые присущи частицам,обладающим массой, импульсом, энергией. Согласно современнымпредставлениям, свет обладает квантово-волновым дуализмом, т.е.представляет собой одновременно и волну, и поток частиц – фотонов.Рассмотрим подробнее некоторые явления, в которых проявляетсяквантовая природа света.Тепловое излучение телОдним из первых явлений, которые не поддавались объяснению сточки зрения классической физики, было тепловое излучение тел.
Всетела, независимо от их химического состава, при любой, отличной отабсолютногонулятемпературе,являютсяисточникамиэлектромагнитного теплового излучения.Основные характеристики теплового излучения.Энергетическая светимость тела Ме [Вт/м2] – количество энергии,излучаемой за единицу времени по всем направлениям с единицыплощади поверхности тела во всем диапазоне длин волн.Излучение состоит из волн с различной длиной волны .Распределение энергии в спектре по длинам волн характеризуется спомощью спектральной плотности энергетической светимости М ,Т.Спектральная плотность энергетической светимости М ,Т [Вт/м3]– количество энергии, излучаемой за единицу времени по всемнаправлениям с единицы площади поверхности тела в единичномдиапазоне длин волн.Энергетическаясветимостьиспектральнаяплотностьэнергетической светимости связаны следующим образомdM e(4.1)M ,Td; или M ed0Для анализа закономерностей теплового излучения в физикевводится понятие абсолютно черного тела: тело, которое поглощаетвсе падающее на него излучение.
Моделью абсолютно черного теламожет являться замкнутая полость с маленьким отверстием (рис.4.1).Всякий луч, попавший внутрь полости через отверстие, испытываетM,T94многократное отражение, пока вся энергия луча непоглотится стенками полости.К концу XIX века был экспериментальноисследован спектр излучения абсолютно черноготела. Распределение спектральной плотностиэнергетической светимости абсолютно черноготела по длинам волн излучения показано нарис.4.2.MРис. 4.1,TТ2 > Т112Рис. 4.2Из обобщения экспериментальных данных получены два основныхзакона излучения абсолютно черного тела:1.
Как следует из рис.4.2, для каждой температуры существуетдлина волны , на которую приходится максимум излучения. Приувеличении температуры этот максимум сдвигается в сторонуменьших длин волн, что соответствует экспериментально полученномузакону Вина: длина волны , на которую приходится максимумизлучения в спектре абсолютно черного тела, обратнопропорциональна абсолютной температуре:b,(4.2)Tгде b = 2,3·10–3 м·К – постоянная Вина, Т – абсолютная температура.2. Интенсивность излучения увеличивается с температурой. ЭтазакономерностьописываетсязакономСтефана-Больцмана:энергетическаясветимостьабсолютночерноготелапропорциональна четвертой степени абсолютной температуры:MeT4 ,(4.3)–82 40где= 5,67·10 Вт/(м ·К ), индекс « » соответствует абсолютночерному телу.Попытки теоретического описания теплового излучения с точкизрения классической волновой теории, законов термодинамики истатистической физики не имели успеха.95Тогда в 1900 году немецкий физик Макс Планк предложилреволюционную гипотезу – постулат Планка: тела могут излучатьэлектромагнитную энергию порциями (квантами), причем энергияодного кванта пропорциональна частоте излученияh ,(4.4)–34где h = 6,62·10 Дж·с – постоянная Планка.На основе этого утверждения была получена формула,описывающаяполученныеэкспериментальныезависимости,называемая формулой Планка для теплового излучения тел.
Из этойформулы можно вывести и представленные выше экспериментальныезаконы Вина (4.2) и Стефана-Больцмана (4.3).Изучению законов теплового излучения тел посвященалабораторная работа № 120.Внешний фотоэффектКвантовая гипотеза послужила основой для объяснения явлениявнешнего фотоэффекта. Внешний фотоэффект заключается виспускании электронов поверхностью металла при ее освещении.В вакуумном фотоэлементе (см. рис.
4.3) свет падает наповерхность металла, являющегося катодом (К). В результатепоглощения фотона электрон приобретает энергию и может вырватьсяс поверхности металла. Вылетевшие фотоэлектроны ускоряютсяэлектрическим полем и достигают анода (А), таким образом, по цепиидет ток.iKAАiнасV–+Рис. 4.3uзu0Рис. 4.4Зависимость тока в фотоэлементе от приложенного напряжения,называемая вольт - амперной характеристикой, показана на рис. 4.4.Как видно из приведенной зависимости, даже при нулевой разностипотенциалов между катодом и анодом существует ток, так какнекоторые электроны, выбитые светом с катода, обладаютдостаточной энергией, чтобы достигнуть анода.
При увеличениинапряжения все большее число фотоэлектронов достигает анода, пока96все вырванные светом электроны не попадут на анод, при этом ток ввакуумном фотоэлементе достигает насыщения.Законы фотоэффекта:1) Количество вырванных светом электронов пропорциональноинтенсивности света. Чем больше интенсивность света, тем большеиспускается электронов, следовательно, тем больше ток насыщенияэтого фотоэлемента.2) Максимальная скорость vmax, которую имеет электрон на вылетеиз катода, зависит только от частоты света.3) Для каждого вещества существует граничная максимальнаядлина волны гр, выше которой фотоэффект не наблюдается. Этаграничная длина волны называется красной границей фотоэффекта.Уравнения для описания этих закономерностей теоретическиполучил А.
Эйнштейн, развив гипотезу Планка и предположив, чтосвет не только излучается, но и поглощается квантами. Т.е. светпредставляет собой поток особых частиц – фотонов, каждый изкоторых обладает квантом энергии и распространяется со скоростьюсвета в вакууме с = 3·108 м/с.За эту работу и труды в области математической физикиЭйнштейну в 1921 году была присуждена Нобелевская премия пофизике.Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта имеет видmv 2max,(4.5)A вых2где – энергия поглощенного фотона, Авых – работа выхода электронаиз вещества, mv 2max 2 – максимальная кинетическая энергиявылетевшего электрона.Из этого уравнения следует, что фотоэффект будет наблюдатьсяпри условииA вых .Исходя из этого условия, можно получить выражение для краснойграницы фотоэффекта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
