Г.Г. Спирин - Электричество, оптика, атомная физика, физика твёрдого тела (1013067), страница 22
Текст из файла (страница 22)
И тем самым подтверждено, чтосвету присущ корпускулярно-волновой дуализм.ЗдесьСЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 120Исследование излучения абсолютночерного телаЦель работы: проверка закона Стефана – Больцмана дляэнергетической светимости абсолютно черного тела.Методика измеренийВ данной работе исследуется зависимость энергетическойсветимости M oe модели абсолютно черного тела от температуры,которая выражается законом Стефана – Больцмана (10.7):MoeT4 ,(10.34)т.е.
энергетическая светимость M oe пропорциональна абсолютнойтемпературе тела в четвертой степени.Моделью абсолютно черного тела может служить печь снебольшимотверстием,Напротивотверстияпомещаетсяизмерительный прибор, ток i в цепи которого пропорционален172мощности падающего на него излучения, которая, в свою очередь,пропорциональна энергетической светимости M oeизлучения,исходящего из отверстия печи. Исходя из этого можно записатьi kM oe ,(10.35)где k - коэффициент пропорциональности.Подставляя M oe из закона Стефана - Больцмана (10.34), получаем:i k T4 .Логарифмируя это выражение, имеемln i ln k ln4 ln T .(10.36)Заменяемconstln k lnи окончательно записываемln i 4 ln T const .(10.37)Из выражения (10.37) следует, что зависимость ln i от ln Tизображается прямой линией с угловым коэффициентом, близким к 4.Экспериментальная установкаДля изучения излучения абсолютно черного тела предназначенаэкспериментальная установка, общий вид которой приведен на рис.10.7.123456мкА987Рис.
10.7Моделью абсолютно черного тела служит электрическая печь смаленьким отверстием 2. Нагрев печи осуществляется нагревательнойспиралью 3. Степень нагрева можно изменять с помощью рукоятки 8.173При крайнем левом положении рукоятки 8 мощность нагревательнойспирали минимальна, при повороте рукоятки по часовой стрелкемощность нагрева возрастает.Для измерения температуры в печи в нее помещается термопара 5.Термопара представляет собой две проволочки из разных материалов,которые спаяны с двух концов. Один спай 4 находится в печи, другойспай 6 – в комнате.
Если температуры спаев различны, то по термопаребудет течь ток, пропорциональный разности температур спаев(разности температур в печи и в комнате).Эта разность температур измеряется стрелочным прибором 7,подключенным к термопаре 5. Для определения абсолютнойтемпературы Т в печи к показанию прибора t1 нужно прибавитьтемпературу t2 холодного спая (которая измеряется термометром вкомнате) и выразить результат в абсолютной шкале:(10.38)T t1 t 2 273[K] .Напротив отверстия печи устанавливается термостолбик 1, которыйпредставляетсобойнесколькотермопар,соединенныхпоследовательно. Один ряд спаев (например, нечетный) нагреваетсяпод действием излучения из отверстия печи, другой ряд спаев защищенот действия излучения диафрагмой.Ток i, протекающий через термостолбик пропорционаленэнергетической светимости печи.
Величина этого тока измеряется спомощью микроамперметра 9.Порядок выполнения работы1. Открыв щель термостолбика 1, установить его на расстоянии 2 –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.10.1 значение тока i помикроамперметру 9.4.
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.10.1.5. По достижении температуры t1 = 700 С снять последнее значениетока по микроамперметру и выключить печь из электросети.Повернуть рукоятку 8 в положение 0.174Таблица 10.1№п.п.12345t1С300400500600700t2СТКlnТ–iмкAlni–6. Записать значение температуры t2 по термометру в комнате.7. Рассчитать значения абсолютной температуры в печи по формуле(10.38).10.
Рассчитать значения lnT и lni. Построить график зависимости lni= f(lnT). По графику выбрать две произвольные точки 1 и 2 иопределить угловой коэффициент полученного графика по формулеln i 2 ln i1.(10.39)ln T2 ln T110. Сравнить значение k c теоретическим коэффициентом из законаСтефана – Больцмана, равным 4 (см. формулу (10.37)), и рассчитатьотносительную погрешность измерения:4 k100% .(10.40)4kКонтрольные вопросы1.
Что в данной работе является моделью абсолютно черного тела?2. Каким образом в данной работе исследуется энергетическаясветимость печи?3. Что такое термопара?4. Как определить абсолютное значение температуры печи?ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 122Изучение внешнего фотоэффектаЦель работы: изучение некоторых закономерностей внешнегофотоэффекта и построениевольт–амперной характеристикивакуумного фотоэлемента.Методика измерений и экспериментальная установкаДляизучениявнешнегофотоэффектапредназначенаэкспериментальная установка, общий вид которой приведен нарис.10.8.175d123вкл6выкл45Рис.
10.8Источник 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.В цепь установки включены микроамперметр 6, вольтметр 5 ипеременное сопротивление, регулируя которое с помощью ручки 4изменяют напряжение на фотоэлементе.Порядок выполнения работы1. Включить установку в сеть напряжением u = 220 В.2.
Установить фотоэлемент 1 на некотором расстоянии d вдиапазоне 0,2–0,7м от источника света и открыть крышку фотоэлемента.Таблица 10.2№п.п12345678910uB102030405060708090100d = ___м d = ___м d = ___м d = ___м d = ___мiiiiiмкAмкAмкAмкAмкA1763. Снять вольт–амперную характеристику фотоэлемента. Для этого,повышая напряжение, через каждые 10 В отмечать в табл.10.2 значенияфототока. Измерения производить до величины тока насыщения iнас.4. 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.10.2.5. Выключить установку из сети и закрыть крышку фотоэлемента.6.
Построить на одном графике полученные вольт–амперныехарактеристики фотоэлемента i = f(u).7. По данным табл.10.2 заполнить табл.10.3 и построить графикзависимости тока насыщения iнас от величины 1 d 2 .Таблица 10.3№п.п12345dм1 d2м–2iнасмкAКонтрольные вопросы1. Как в работе изменяют напряжение на вакуумном фотоэлементе?2. Объяснить полученные в работе вольт амперные характеристики.3. На основе законов фотоэффекта объяснить, почему зависимостьтока насыщения iнас от величины 1 d 2 изображается прямой линией.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 122(к)Внешний фотоэффектЦель работы: изучение с помощью компьютерной моделизакономерностей внешнего фотоэффекта, определение постояннойПланка, красной границы фотоэффекта и работы выхода фотокатода.Методика измеренийОсновные закономерности внешнего фотоэффекта подробнорассмотрены в разделе 10.2. Из уравнения Эйнштейна (10.19)mv 2maxAвых2177и закона сохранения энергии (10.20)mv 2maxe uз2можно получить связь величины задерживающего напряжения uз сэнергией падающего фотона(10.41)A вых e u зСогласно постулату Планка (10.1), энергия фотона может бытьзаписана через частоту или длину волны :hc,(10.42)hгде h = 6,626 10–34 Дж с – постоянная Планка, с = 3·108 м/с – скоростьсвета в вакууме.Выразим из выражений (10.41) и (10.42) величину задерживающегонапряженияA выхhc 1(10.43)uзeeи получим линейную зависимость задерживающего напряжения uз отобратной длины волны (1/ ).
Построив эту зависимость по результатамизмерений, можно экспериментально определить величину постояннойПланка h.Порядок выполнения работыРис. 10.9178Запустить программу, подведя маркер мыши под значок "Открытаяфизика.1.1" на рабочем столе компьютера и дважды щѐлкнув левойкнопкой мыши. Выбрать раздел «Квантовая физика» и «Фотоэффект»(рис.10.9).Рассмотреть внимательно схему опыта. Подведя маркер мыши клюбому рычажку, несколько раз изменить характеристики, наблюдая,как меняется картина внешнего фотоэффекта в вакууме.Зарисовать схему установки в конспект лабораторной работы.Дописать, если необходимо, нужные формулы (кнопка с изображениемстраницы служит для вызова теоретических сведений).Упражнение 1.Экспериментальное определение постоянной Планка.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
