Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Перед началом работы с установкой необходимо убедиться, что установка заземлена.
Через каждые 45 минут работы необходимо делать 15 минутный перерыв в работе установки.
Рисунок 5 – Блок управления и индикации.
МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Подключите сетевые шнуры блоков к сети и включите блок измерительного устройства выключателем ″ сеть″ на его задней панели. При этом должны загореться индикаторы ″ обратная″, ″ В″ и ″ мкА″. На индикаторе ″ В″ должны установиться нули (0000). 2. Включить блок излучателя выключателем ″ сеть″ на его передней панели. Дать лампе осветителя прогреться в течение 10 мин. После прогрева прибора нажать кнопку ″ сброс″. 3. Кнопкой ″ прямая – обратная″ установить режим измерения прямой ветви вольтамперной характеристики (нажать кнопку ″ прямая″ ). 4. Установить на пути светового потока светофильтр номер 5. При этом световой поток, падающий фотоэлемент, будет перекрыт. 5. Ручками ″ установка нуля″ (5, 6) установить нулевое значение тока на индикаторе ″ мкА″ измерительного блока. 6. Установить на пути светового потока светофильтр номер 1. 7. Изменяя значения напряжения на фотоэлементе с помощью кнопок ″ +″ и ″ ″ через 1 В и, считывая показания фототока Ia с индикатора ″ мкА″, получите данные для построения прямой ветви вольтамперной характеристики этого светофильтра. 8. Проверить отсутствие темнового тока (смотри п. 5). 10. Кнопкой ″ прямая – обратная″ установить режим измерения обратной ветви вольтамперной характеристики (нажать кнопку ″ обратная″ ) 11. Изменяя значения напряжения на фотоэлементе с помощью кнопок ″ +″ и ″ ″ через 1 В и, считывая показания фототока Ia с индикатора ″ мкА″, получите данные для построения обратной ветви вольтамперной характеристики этого светофильтра. 12. Устанавливая на пути светового потока поочередно светофильтры номер 2, 3 или 4 (по указанию преподавателя), повторить пп. 5.-11. 13. По полученным данным построить вольтамперные характеристики и по ним найти для разных светофильтров задерживающие потенциалы . 14. Найти число фотоэлектронов, выбитых из катода в единицу времени: , (5) где е = 1, 6·10-19 Кл. 15. Для найденных задерживающих потенциалов Uз, соответствующих двум длинам волн (l1 и λ 2), (по указанию преподавателя) определить постоянную Планка по формуле: (6) 16. Полученные данные занести в таблицу. 17. Оценить погрешность измерений. 18. После окончания измерений выключателем Сеть установку необходимо выключить.
Длины волн пропускания интерференционных светофильтров установки: 1 407 нм; 2 435 нм; 3 546 нм; 4 578 нм. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА И ЕГО ФОРМА Основу содержания отчета составляют данные по измерениям и их элементарным преобразованиям, которые сводятся в таблицу. Форма отчета представлена в приложении 1 (стр. 30). ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ 1. В чем состоит явление внешнего фотоэффекта? 2..Запишите и объясните формулу Эйнштейна по фотоэффекту. Объясните смысл входящих в нее величин. 3.Сформулируйте законы фотоэффекта. Объясните, применяя уравнение Эйнштейна второй и третий законы фотоэффекта. 4. Почему законы фотоэффекта противоречат представлениям о волновой природе света? 5. Как изменяется число фотоэлектронов с увеличением интенсивности излучения? 6. Чем обусловлен темновой ток? 7. Что такое ″ красная граница фотоэффекта″. Почему ее существование? подтверждает корпускулярную теорию фотоэффекта и не подтверждает волновую? 8. От каких параметров зависит задерживающее напряжение? 9. Что такое работа выхода электрона из металла, отчего она зависит?
ЛИТЕРАТУРА [1, глава 36, § 36.1 – 36.3; 2, глава 2, § 9; 3, глава 26, § 202 – 204].
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.3 ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА АТОМА ВОДОРОДА
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ: изучить спектр атома водорода; определить длины волн наблюдаемых линий; вычислить, по полученным данным, постоянную Ридберга и радиус орбиты электрона.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ Спектры излучения разряженных газов, находящихся в возбужденном состоянии, состоят из отдельных линий и поэтому называются линейчатыми. Линии в таких спектрах расположены неравномерно и образуют группы называемые сериями. Первой была обнаружена серия линий атомарного водорода в видимой области. В последствии оказалось, что серии линий существуют в ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра. Расположение линий в сериях может быть представлено обобщенной формулой Бальмера - Ридберга: , (1) где n – частота излучения, c – скорость света, l – длина волны, R – постоянная Ридберга, n и m – целые числа (для видимой области спектра n = 2, m = 3, 4, 5, …). Происхождение атомных спектров было впервые объяснено Н. Бором, частично использовавшим положения квантовой теории излучения. В своей работе он постулировал, что электроны в атомах движутся вокруг ядер по круговым орбитам, среди которых разрешенными являются только определенные. Электрон на такой орбите обладает определенным значением энергии (Е1, Е2, Е3,...) и движется по ней, не излучая и не поглощая энергии. Подобные орбиты называются стационарными орбитами или состояниями. Излучение света происходит в тот момент, когда электрон переходит из одного стационарного состояния c большим значением энергии Еm в другое с меньшей энергией Еn. При каждом переходе электрона, энергия атома меняется дискретно (квантуется) и излучается один световой фотон, энергия которого , (2) где h – постоянная Планка, Еn и Еm – энергия электрона соответственно в нижнем и верхнем стационарном состоянии (рис. 1). Наряду с квантованием энергии, в боровской теории постулируется квантование момента импульса L электрона массой mе, движущегося по орбите радиуса r со скоростью v: . (3) Постулаты Бора дают возможность вычислить радиусы и скорости движения электрона в атоме для любой стационарной орбиты. Для этого необходимо воспользоваться условием устойчивого движения электрона по орбите (равенство сил, действующих на электрон): , (4) где Z – число электронов в атоме (в случае атома водорода Z = 1), е – заряд электрона, eо – электрическая постоянная. Решая совместно (3) и (4), получим: , (5) . (6) Энергия атома складывается из кинетической энергии электрона Еk (ядро атома считаем покоящимся) и потенциальной энергии Еp взаимодействия электрона с ядром: , (7) . (8) Полная энергия атома Е равна сумме Ek и Ep с учетом (5): . (9) В соответствии с теорией Бора величины n, r, и Е также являются квантованными. В зависимости от главного квантового числа n = 2, 3, 4, ... они принимают ряд дискретных значений. Из уравнений (1), (2) и (9) нетрудно получить частоту излучения, которая соответствует переходу электрона с более удаленной m-орбиты на более близкую к ядру n-орбиту, атома: . (10) Так как длина волны l, частота n и скорость света с связаны между собой формулой , то . (11) Равенство (11) хорошо описывает сериальные закономерности атома водорода. Сравнивая последнее выражение с формулой (1), получим значение постоянной Ридберга, через атомные константы: , (12) Или (13) Изложенная выше элементарная теория была подвергнута дальнейшему развитию, но присущие ей, наряду с достоинствами серьезные недостатки привели к созданию квантовой теории излучения. Согласно этой теории постулируется двойственность характера элементарных частиц (в том числе и электронов), а все величины, характеризующие состояния атома, получены при решении уравнения Шредингера. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ Установка состоит из блока излучателя 1 с водородной лампой ТВС-15 и источником ее питания и монохроматора 2. В данной работе исследуется излучение водорода, находящегося в возбужденном состоянии. Водород помещен в Н-образную стеклянную трубку с двумя электродами. К электродам приложено высокое напряжение от источника, ионизирующее газ в трубке, заставляя его светиться (трубка и источник питания расположены в одном блоке – 1)(рис. 2). Это излучение направляется в монохроматор – 2. Монохроматор предназначен для выделения и исследования монохроматического излучения в спектральном диапазоне от 200 нм до 800 нм. Дифракционная решетка монохроматора разлагает падающее на нее излучение в спектр. Линии спектра можно наблюдать глазом через окуляр – 3. В поле зрения окуляра находится узкая щель. Решетка монохроматора может поворачиваться с помощью рукоятки 4, вращение которой позволяет по очереди подводить к щели цветные линии спектра и отсчитывать их положение по шкале, нанесенной на поверхность барабана (его видно через окошко 5). Цена деления барабана 2 нм. На боковой стенке осветителя находится выключатель Сеть с индикатором ее включения.
Рисунок 2 – Установка для исследования спектра атома водорода
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 593; Нарушение авторского права страницы