ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.08.2019
Просмотров: 9477
Скачиваний: 23
171
откуда с учетом (10.26) – (10.28) получаем формулу комптоновского
смещения
)
cos
1
(
С
.
(10.33)
Здесь
12
e
0
С
10
4
,
2
c
m
h
м – комптоновская длина волны электрона.
В экспериментах было обнаружено, что некоторая часть рассеяния
происходит без изменения длины волны. Это объясняется тем, что
часть фотонов рассеивается не на внешних электронах, слабо
связанных с ядром, а на внутренних электронах, которые очень сильно
связаны с ядром атома. Это эквивалентно столкновению не со
свободным электроном, а с атомом. Поскольку масса атома в
несколько тысяч раз больше массы электрона, то длина волны этих
фотонов практически не изменяется.
Аналогично можно объяснить отсутствие эффекта Комптона для
видимого света. Энергия фотонов видимого света значительно меньше
энергии связи электронов в атоме, и столкновение с целым атомом
происходит фактически без изменения длины волны фотона.
Значение открытия Комптона состояло в том, что он доказал
наличие у квантов света всех механических свойств, присущих прочим
физическим частицам - корпускулам. И тем самым подтверждено, что
свету присущ корпускулярно-волновой дуализм.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 120
Исследование излучения абсолютно
черного тела
Цель работы: проверка закона Стефана – Больцмана для
энергетической светимости абсолютно черного тела.
Методика измерений
В данной работе исследуется зависимость энергетической
светимости
o
e
M
модели абсолютно черного тела от температуры,
которая выражается законом Стефана – Больцмана (10.7):
4
o
e
T
M
,
(10.34)
т.е. энергетическая светимость
o
e
M
пропорциональна абсолютной
температуре тела в четвертой степени.
Моделью абсолютно черного тела может служить печь с
небольшим
отверстием,
Напротив
отверстия
помещается
измерительный прибор, ток i в цепи которого пропорционален
172
мощности падающего на него излучения, которая, в свою очередь,
пропорциональна
энергетической
светимости
o
e
M
излучения,
исходящего из отверстия печи. Исходя из этого можно записать
o
e
kM
i
,
(10.35)
где k - коэффициент пропорциональности.
Подставляя
o
e
M
из закона Стефана - Больцмана (10.34), получаем:
4
T
k
i
.
Логарифмируя это выражение, имеем
T
ln
4
ln
k
ln
i
ln
.
(10.36)
Заменяем
ln
k
ln
const
и окончательно записываем
const
T
ln
4
i
ln
.
(10.37)
Из выражения (10.37) следует, что зависимость
i
ln от
T
ln
изображается прямой линией с угловым коэффициентом, близким к 4.
Экспериментальная установка
Для изучения излучения абсолютно черного тела предназначена
экспериментальная установка, общий вид которой приведен на рис.10.7.
Моделью абсолютно черного тела служит электрическая печь с
маленьким отверстием 2. Нагрев печи осуществляется нагревательной
спиралью 3. Степень нагрева можно изменять с помощью рукоятки 8.
Рис. 10.7
9
8
7
мкА
6
4
5
3
2
1
173
При крайнем левом положении рукоятки 8 мощность нагревательной
спирали минимальна, при повороте рукоятки по часовой стрелке
мощность 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, другой
спай 6 – в комнате. Если температуры спаев различны, то по термопаре
будет 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 абсолютной
температуры Т в печи к показанию прибора t
1
нужно прибавить
температуру t
2
холодного спая (которая измеряется термометром в
комнате) и выразить результат в абсолютной шкале:
]
K
[
273
t
t
T
2
1
.
(10.38)
Напротив отверстия печи устанавливается термостолбик 1, который
представляет
собой
несколько
термопар,
соединенных
последовательно. Один ряд спаев (например, нечетный) нагревается
под действием излучения из отверстия печи, другой ряд спаев защищен
от действия излучения диафрагмой.
Ток i, протекающий через термостолбик пропорционален
энергетической светимости печи. Величина этого тока измеряется с
помощью микроамперметра 9.
Порядок выполнения работы
1. Открыв щель термостолбика 1, установить его на расстоянии 2 –
3 см от отверстия печи так, чтобы оси диафрагмы термостолбика и
отверстия печи совпадали.
2. Повернуть рукоятку 8 в положение 1 и подключить печь к
электросети (220 В).
3. Примерно через = 10 мин, когда в печи установится состояние,
близкое к равновесному, с температурой t
1
= 300 С (по показаниям
стрелочного прибора) записать в табл.10.1 значение тока i по
микроамперметру 9.
4. Постепенно повышать температуру печи, последовательно (после
очередного измерения) поворачивая рукоятку 8 в положения 2, 3 и т.д.
По мере нагрева через каждые 100 С записывать показания
микроамперметра в табл.10.1.
5. По достижении температуры t
1
= 700 С снять последнее значение
тока по микроамперметру и выключить печь из электросети.
Повернуть рукоятку 8 в положение 0.
174
Таблица 10.1
№
п.п.
t
1
С
t
2
С
Т
К
lnТ
–
i
мкA
lni
–
1
300
2
400
3
500
4
600
5
700
6. Записать значение температуры t
2
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 и
определить угловой коэффициент полученного графика по формуле
1
2
1
2
T
ln
T
ln
i
ln
i
ln
k
.
(10.39)
10. Сравнить значение k c теоретическим коэффициентом из закона
Стефана – Больцмана, равным 4 (см. формулу (10.37)), и рассчитать
относительную погрешность измерения:
%
100
4
k
4
.
(10.40)
Контрольные вопросы
1. Что в данной работе является моделью абсолютно черного тела?
2. Каким образом в данной работе исследуется энергетическая
светимость печи?
3. Что такое термопара?
4. Как определить абсолютное значение температуры печи?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 122
Изучение внешнего фотоэффекта
Цель работы: изучение некоторых закономерностей внешнего
фотоэффекта
и
построение
вольт–амперной
характеристики
вакуумного фотоэлемента.
Методика измерений и экспериментальная установка
Для
изучения
внешнего
фотоэффекта
предназначена
экспериментальная установка, общий вид которой приведен на
рис.10.8.
175
Источник света (лампа в кожухе) 3 и вакуумный фотоэлемент 1
размещены на оптической скамье 2. Перемещая фотоэлемент, по
оптической оси можно устанавливать различные расстояния между
источником света и фотоэлементом.
В цепь установки включены микроамперметр 6, вольтметр 5 и
переменное сопротивление, регулируя которое с помощью ручки 4
изменяют напряжение на фотоэлементе.
Порядок выполнения работы
1. Включить установку в сеть напряжением u = 220 В.
2. Установить фотоэлемент 1 на некотором расстоянии d в
диапазоне 0,2–0,7м от источника света и открыть крышку фотоэлемента.
Таблица 10.2
d = ___м d = ___м d = ___м d = ___м d = ___м
№
п.п
u
B
i
мкA
i
мкA
i
мкA
i
мкA
i
мкA
1
10
2
20
3
30
4
40
5
50
6
60
7
70
8
80
9
90
10
100
Рис. 10.8
d
4
3
2
1
6
5
выкл
вкл