70к (лаба) (997507), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Установить минимальное значение мощности Р светового потока,при котором наблюдается фотоэффект. Занести в табл. 10.6 значениемощности светового потока и соответствующее ему значение токанасыщения. Далее менять мощность Р потока с шагом 0,2 мВт,записывая в табл.10.6 соответствующие значения тока насыщения.Таблица 10.6= ____ нмР мВтiнас мА4. По данным табл.10.6 построить график зависимости токанасыщения iнас от мощности Р светового потока. Объяснить характерполученной зависимости.5. Провести анализ результатов и сделать выводы.6. Оценить погрешность проведѐнных измерений.Контрольные вопросы1. В чем заключается методика определения постоянной Планка вданной работе?2.
Что такое красная граница фотоэффекта? Как она определяется вработе?3. Как в работе определяется величина задерживающегонапряжения на фотоэлементе?4. Как в эксперименте определяется работа выхода электрона изметалла?5. Как по графику, построенному в упражнении 1, определитьработу выхода в электронвольтах?6. Объяснить характер полученной зависимости тока насыщения отмощности падающего на катод света.7.Как связаны три упражнения с законами фотоэффекта?181ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 121 (к)Эффект КомптонаЦель работы: экспериментальное подтверждение с помощьюкомпьютерной модели закономерностей эффекта Комптона иопределение комптоновской длины волны электрона.Методика измеренийВ данной работе исследуется комптоновское рассеяниерентгеновских лучей на атомах вещества.
Подробно закономерностиэффекта Комптона рассмотрены в разделе 10.3.Согласно полученной формуле (10.33) в этом случае в рассеянномизлучении наряду с основным излучением с длиной волныпоявляется излучение с большей длиной волны :С (1где-Сhm 0e cугол,2,4 10под12которым(10.47)cos )отлетаетрассеянныйфотон,м – комптоновская длина волны электрона.Порядок выполнения работыЗапустить программу, подведя маркер мыши под значок "Открытаяфизика.1.1" на рабочем столе компьютера и дважды щѐлкнув левойкнопкой мыши.
Выбрать раздел «Квантовая физика» и«Комптоновское рассеяние» (рис.10.10).Рис. 10.1010.8182Рассмотреть внимательно рисунок и, подведя маркер мыши клюбому рычажку, несколько раз изменить характеристики, наблюдая,как меняется картина рассеяния фотона на электроне в вакууме.Зарисовать схему эксперимента в свой конспект лабораторнойработы. Дописать, если необходимо, нужные формулы (кнопка сизображением страницы служит для вызова теоретических сведений).1.
Нажать мышью кнопку «Старт» вверху экрана.2. Подвести маркер мыши к движку регулятора длины волныпадающего фотона и установить первое, из полученных вашейбригадой от преподавателя значений длины волны .3. Подвести маркер мыши к движку регулятора угла θ рассеянногофотона и установить первое значение 600 из табл.6.4.4. Записать значение длины волны ΄ рассеянного фотона всоответствующую графу табл.6.4.5. Изменять угол наблюдения с шагом 200, записывая измеренныезначения ΄ в соответствующие строки табл.10.7.Таблица 10.7λ = ______ нм№п.п.123456θград6080100120140160нм1 cos–пмТаблица 10.8λ = ______ нм№п.п.123456θград6080100120140160нм1 cos–пм183Таблица 10.9λ = ______ нм№п.п.123456θград60801001201401601 cos–нмпм6.
Изменить значение длины волныпадающего фотона всоответствии со следующим значением для вашей бригады. Повторитьизмерения по п.п. 4, 5 длины волнырассеянного фотона, заполняясначала табл.10.8, а затем и табл.10.9.7. Вычислить и записать в табл.10.7, 10.8, 10.9 величины (1 cos )и8. Построить график зависимости комптоновского смещенияот разности (1 cos ) для одного из предложенныхзначений длины волны.9.
Определить угловой коэффициент наклона k полученной прямойи по нему согласно формуле (10.47) значение комптоновской длиныволны электрона:Ck.(10.48)10. По всем построенным в лабораторной работе графикампровести анализ результатов и сделать выводы.11.
Вычислить относительную погрешность измерения по формуле:C((C ) теорС ) теор100% ,где ( C)теор – теоретическое значение комптоновской длины волныэлектрона (10.47)Контрольные вопросы1. Что такое эффект Комптона? Напишите формулу длякомптоновской длины волны электрона.2. Почему эффект Комптона удается наблюдать лишь в опытах срентгеновским излучением?1843. Почему в рассеянном излучении присутствует исходная длинаволны?4. Почему при рассеянии высокоэнергетических γ-квантовнесмещенной частоты не наблюдается?5. Объяснить полученные в таблицах данные для различных длинволн падающего излучения.Вопросы по разделу 101.
Основные характеристики теплового излучения: энергетическаясветимость и спектральная плотность энергетической светимости тела.2. Коэффициент поглощения тела. Понятие абсолютно черноготела.3. Закон Кирхгофа и следствия из него.4. Спектр излучения абсолютно черного тела.5. Законы теплового излучения для абсолютно черного тела.6. Понятие серого тела. Законы теплового излучения для серого тела.7. Постулат и формула Планка.
Как из формулы Планка можнополучить законы Стефана– Больцмана и Вина?8. Напишите выражения для импульса и энергии фотона.9. Внешний фотоэффект. Установка для исследования внешнегофотоэффекта.10. Вольт амперная характеристика вакуумного фотоэлемента. Токнасыщения и задерживающее напряжение.11. Какизменитсявидвольт ампернойхарактеристикифотоэлемента при изменении интенсивности падающего излучения?12. Какизменитсявидвольт ампернойхарактеристикифотоэлемента при изменении частоты падающего излучения?13. Законы внешнего фотоэффекта.14. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и его обоснование спомощью закона сохранения энергии и зонной теории.15.
Красная граница фотоэффекта.16. Что такое эффект Комптона? Какие законы сохранениявыполняются при взаимодействии фотона с электроном в эффектеКомптона?17. Что такое комптоновская длина волны частицы? Напишитеформулу для комптоновской длины волны электрона.18. Выведите формулу для комптоновского смещения.19. Как меняется энергия фотона при его комптоновскомрассеянии?20. В чѐм проявляется корпускулярно-волновой дуализм света вэффекте Комптона?185Р А З Д Е Л 11Атомная физика11.1 Теория БораТеория Бора является первой попыткой аналитического описаниязакономерностей строения атома и спектра его излучения.
В этойтеории Бор наряду с классическим рассмотрением движения электронав атоме сделал ряд допущений, противоречащих классическимпредставлениям. Теория Бора дает хорошее согласование сэкспериментом только для атома водорода и водородоподобныхатомов (ионов), из которых удалены все электроны, кроме одного.В основе теории два постулата:1. В атоме существует ряд дискретных стационарных состояний,которым соответствуют определенные значения энергии атома Е1, Е2 ит.д.
В стационарном состоянии атом не излучает и не поглощаетэнергии.Дискретные стационарные состояния в теории Бора отбираются спомощью ―правила квантования орбит‖: момент импульса электрона настационарной орбите кратен постоянной Планкаh(11.1)mvr n ,2где n 1, 2, ... – номер орбиты, m – масса электрона, v – скоростьэлектрона на орбите с номером n, r радиус орбиты.2.
Переходя из одного стационарного состояния в другое атомизлучает и поглощает квант энергии = h , равный разности энергийE n и E n двух стационарных состоянийhEnEn .(11.2)Чтобы по теории Бора рассчитать параметры электрона в атоме(скорость, радиус орбиты, энергию), необходимо также записатьуравнение второго закона Ньютона для движения электрона по орбите.Полагаем, что заряд ядра атома q = Z e (где e = 1,6 10–19 Клэлементарный заряд); из атома удалены все электроны, кроме одного; иэлектрон вращается по круговой орбите вокруг неподвижного ядра.Тогда второй закон Ньютона будет иметь видZe 24 0r 2v2m ,r(11.3)186Ze 2где F– сила электрического притяжения электрона к ядру,4 0r 2= 8,85 10–12 Ф/м электрическая постоянная.0Уравнения (11.1) и (11.3) представляют собой систему уравнений сдвумя неизвестными: скорость v и радиус орбиты r электрона в атоме.mv 2Полная энергия электрона складывается из кинетической K22Zeи потенциальной U:4 0r(11.4)E K UИз решения системы уравнений (11.1), (11.3) и (11.4) получаемвыражение для энергии стационарных состояний атомаEZ2me 4.8 02h 2n 2(11.5)По второму постулату Бора (11.2) при переходе электрона с орбитыn на орбиту n атом излучает (или поглощает) квант энергии, откудаhEnEnZ2me 4 18 02h 2 n 21.n2(11.6)Совокупность различных частот излучения при переходе электронас одних орбит на другие представляет собой спектр излучения.Частоты спектральных линий для атома водорода и водородоподобныхатомов согласно (11.6) определяются по формуле11R,(11.7)2nn2Z2me 4где R3,29 1015c 1 постоянная Ридберга.2 38 0hФормула (11.7) может быть также записана через длину волны :1R1n21,n2(11.8)где R = 1,097 107 м–1.Атом водорода (Z = 1) имеет наиболее простой линейчатый спектризлучения.
Схема энергетических уровней и три серии спектральныхлиний для атома водорода показана на рис.11.1.187Излучение при переходеEэлектрона с более высоких0n=уровней на уровень энергии сn = 2 называется сериейn=4Бальмера и лежит в видимом E4диапазоне длин волн.E3n=3ПашенаЛинейчатыйспектризлучают обычно отдельныеE2n=2атомы, например гелий и неонБальмерав газоразрядных трубках, атакже пары металлов натрия иE1n=1ртути в натриевых и ртутныхЛайманалампах.Рис. 11.1Помимолинейчатыхнаблюдают также полосатые исплошные спектры.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.Сплошной 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
