В.М. Анисимов, Г.Э. Солохина - Методические указаная к лабораторным работам и темы докладов (1012829), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Открыв щель термостолбика 1, установить его на расстоянии2 – 3 см от отверстия печи так, чтобы оси диафрагмы термостолбика иотверстия печи совпадали.2. Повернуть рукоятку 8 в положение 1 и подключить печь кэлектросети (220 В).3. Примерно через = 10 мин, когда в печи установится состояние,близкое к равновесному, с температурой t1 = 300 С (по показаниямстрелочного прибора) записать в табл.4.1 значение тока i помикроамперметру 9.Таблица 4.1№п.п.12345t1С300400500600700t2СТКlnТ–iмкAlni–4. Постепенно повышать температуру печи, последовательно (послеочередного измерения) поворачивая рукоятку 8 в положения 2, 3 и т.д.По мере нагрева через каждые 100 С записывать показаниямикроамперметра в табл.4.1.5.
По достижении температуры t1 = 700 С снять последнее значениетока по микроамперметру и выключить печь из электросети.Повернуть рукоятку 8 в положение 0.1036. Записать значение температуры t2 по термометру в комнате.7. Рассчитать значения абсолютной температуры в печи по формуле(4.13).10. Рассчитать значения lnT и lni. Построить график зависимостиlni = f(lnT). По графику выбрать две произвольные точки 1 и 2 иопределить угловой коэффициент полученного графика по формулеln i 2 ln i1.kln T2 ln T110. Сравнить значение k c теоретическим коэффициентом из законаСтефана – Больцмана, равным 4 (см. формулу (4.9)), и рассчитатьотносительную погрешность измерения:4 k100% .4Контрольные вопросы1.
Сформулируйте закон Стефана – Больцмана.2. Что в данной работе является моделью абсолютно черного тела?3. Каким образом в данной работе исследуется энергетическаясветимость печи?4. Что такое термопара и термостолбик?5. Как определить абсолютное значение температуры печи?6. Каким образом в работе осуществляется экспериментальнаяпроверка закона Стефана – Больцмана?ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 122Изучение внешнего фотоэффектаЦель работы: изучение некоторых закономерностей внешнегофотоэффекта и построение вольт–амперной характеристикивакуумного фотоэлемента.Методика измерений и экспериментальная установкаДляизучениявнешнегофотоэффектапредназначенаэкспериментальная установка, общий вид которой приведен на рис.4.9.Источник света (лампа в кожухе) 3 и вакуумный фотоэлемент 1размещены на оптической скамье 2.
Перемещая фотоэлемент, пооптической оси можно устанавливать различные расстояния междуисточником света и фотоэлементом.104В цепь установки включенывольтметр 5, микроамперметр 6и переменное сопротивление,регулируя которое с помощьюручки 4 изменяют напряжениена фотоэлементе.d123Порядок выполненияработы1. Включить установку всеть напряжением u = 220 В.вкл62. Установить фотоэлемент4выкл1 на некотором расстоянии d в5диапазоне(0,2–0,7) мотисточника света и открытькрышку фотоэлемента.Рис.
4.93. Снятьвольт–ампернуюхарактеристику фотоэлемента. Для этого, повышая напряжение, черезкаждые 10 В отмечать в табл.4.2 значения фототока. Измеренияпроизводить до величины тока насыщения i нас.Таблица 4.2№п.п12345678910uB102030405060708090100d = ___м d = ___м d = ___м d = ___м d = ___мiiiiiмкAмкAмкAмкAмкA4. Повторить измерения по п.3 для четырех других расстояниймежду источником света и фотоэлементом в диапазоне 0,2 – 0,7 м изаписать полученные результаты в табл.4.2.5. Выключить установку из сети и закрыть крышку фотоэлемента.6.
Построить на одном графике полученные вольт–амперныехарактеристики фотоэлемента i = f(u).1057. По данным табл.4.2 заполнить табл.4.3 и построить графикзависимости тока насыщения iнас от величины 1 d 2 .Таблица 4.3№п.п12345dм1 d2м–2iнасмкAКонтрольные вопросы1. Что называется вольт-амперной характеристикой фотоэлемента,каковы ее закономерности?2.
Как в работе изменяют напряжение на вакуумном фотоэлементе?3. Сформулируйте законы внешнего фотоэффекта.4. Объясните полученные в работе вольт амперные характеристики.5. На основе законов фотоэффекта объясните, почему зависимостьтока насыщения iнас от величины 1 d 2 изображается прямой линией.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 127Определение постоянной ПланкаЦель работы: по спектру поглощения двухромовокислого калиярассчитать значение постоянной Планка.Краткая теорияСпектры излучения тел могут иметь различный вид: линейчатыеспектры, полосатые и сплошные.Линейчатый спектр излучают обычно отдельные атомы, напримергелий и неон в газоразрядных трубках, а также пары металлов натрия иртути в натриевых и ртутных лампах.Полосатые спектры испускаются молекулами.
Излучение газов втлеющем электрическом разряде, свечение жидкостей представляетсобой полосатые спектры. Полоса состоит из ряда близкорасположенных спектральных линий. Излучение полосатых спектровпроисходит вследствие усложнения энергетических состояниймолекулы по сравнению с состоянием изолированного атома в связи сколебательным и вращательным движением составляющих ее ядер.106Сплошной спектр испускается твердыми телами, напримерраскаленным волоском лампочки накаливания. Непрерывный характерспектра вытекает из сильного взаимодействия частиц, составляющихтвердое тело.Если свет сплошного спектра, например солнечный, пропуститьчерез разреженный газ, то в спектре появятся узкие темные линии,возникающие вследствие поглощения газом отдельных частот –именно тех, которые газ сам способен испускать. Это – линейчатыйспектр поглощения.В спектрах поглощения большинства жидких и твердых телимеются полосы поглощения.
Если же данное вещество полностьюпоглощает все частоты падающего света, то спектр поглощенияназывается сплошным.Методика измеренийЕсли раствор двухромовокислого калия К2Cr2O7 освещать светом,то при поглощении света раствором происходит распад иона Cr 2O7.Распад происходит, если иону Cr2O7 сообщается энергия не менее3,97 10–19 Дж. Следовательно, поглощаются фотоны, энергия которыхh больше или равна приведенного граничного значения(4.14)h 3,97 10 19 Дж .Используя связь частоты фотона с длиной волны (4.6)c,где c = 3 108 м/с – скорость света в вакууме, получаемhc3,97 10 19 Дж .(4.15)Граничное (максимальное) значение длины волны поглощенногосвета rp может быть найдено по спектру поглощения раствораК2Cr2O7.
По этому значению из формулы (4.15) может бытьэкспериментально определена постоянная Планка3,97 10 19(4.16)hrp [ Дж с]cЭкспериментальная установкаДля экспериментального определения постоянной Планкапредназначена экспериментальная установка, общий вид которойприведен на рис.4.10.В установку входят две лампы: ртутно–кварцевая 1 и обычнаялампа накаливания 2, которые зажигаются переключателем 8. Лампы107могут поочередно устанавливаться перед коллиматорной трубой 4спектроскопа 6 с помощью поворотного кронштейна.123456789вклРис. 4.10Ртутная лампа 1 предназначена для градуировки шкалыспектроскопа.
С помощью лампы накаливания 2 изучают спектрпоглощения раствора двухромокислого калия 9.Оптическая схема спектроскопа показана на рис.4.11.Свет от лампы входит в спектроскоп через щель 1 коллиматорнойтрубы, установленной в фокальной плоскости объектива 2. Проходячерез объектив 2 свет параллельным пучком падает на призму 3, гдепроисходит явление дисперсии, т.е.123свет разлагается в спектр.Отражаясьотпосеребреннойграни призмы 3 пучок света проходитснова объектив 2 и поворачивается вокуляр 5 с помощью призмы полноговнутреннего отражения 4.
Призму 34можноповорачиватьмикрометрическимвинтом,темсамым направляя в поле зрения5окуляра различные участки спектра.Рис. 4.11Спектр наблюдают через окуляр 5спектроскопа (см. рис.4.10), с помощью микрометрического винта 7помещая в поле зрения последовательно различные участки спектра.Градуировку спектроскопа проводят следующим образом. Вртутной лампе под действием электрического разряда происходитсвечение разреженных паров ртути. Это свечение имеет линейчатыйспектр линий различного цвета, как показано на рис.4.12.Обозначение линий на рисунке соответствует их цвету: ж – желтая,з – зеленая, г – голубая, с – синяя, ф – фиолетовая. 1Å = 10–10 м.108ф ф4047 4078гс43584918зжж5461 5770 5791Рис. 4.12(Е )Е)Совмещая поочередно с визирной линией в окуляре линии спектраот ртутной лампы, по известным длинам волн можно построитьградуировочный график зависимости длин волнспектра отсоответствующих им делений шкалы(м)микрометрического винта n, как этопоказано на рис.4.13.Затем, пропуская свет от лампыгрнакаливаниячерезраствордвухромовокислого калия, фиксируютделение шкалы микрометрическоговинта,соответствующееграницеnгрn(дел)поглощения, и по графику рис.4.13определяют граничную длину волныРис.
4.13спектра поглощения двухромовокислогокалия.Порядок выполнения работы1. Включить установку в сеть (220В) и зажечь ртутную лампупереключателем 8 (рис.4.10).2. Направить свет лампы на щель коллиматорной трубы 4спектроскопа и установить окуляр 5 так, чтобы четко видеть спектрртутных паров.3. Совмещая при помощи микрометрического винта визирнуюлинию окуляра поочередно с различными спектральными линиями,записать в табл.4.4 цвет спектральных линий и соответствующие имделения n на шкале винта.Таблица 4.4№п.п12345цветлиниифиолетовыйсинийголубойзеленыйжелтыйnммм1094. По рис.4.12 определить и записать в табл.4.4 длины волннаблюдаемых спектральных линий.5. Построить градуировочную кривую (см.рис.4.13), откладывая пооси ординат длины волн спектральных линий, а по оси абсцисс –соответствующие им деления шкалы микрометрического винта n.6.
Выключить ртутную лампу и зажечь лампу накаливания.7. С помощью поворотного кронштейна установить лампунакаливания напротив щели спектроскопа.8. Наблюдая сплошной спектр лампы накаливания, поместить наполочку 3 (рис.4.10) флакон с двухромовокислым калием 9.Установить визирную линию на границу поглощения (зеленый цвет) изаписать деление n гр шкалы микрометрического винта, соответствующееграничной длине волныrp ,с которой начинается поглощение.9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
