Собрать установку по приведенной схеме (рис.3). Противонапряжение подается с выхода 1 стабилизированного источника питания и изначально устанавливается в пределах 0,5В. В ходе эксперимента подбирается его оптимальное значение в пределах от 0 до 3 вольт. Ускоряющее напряжение подается с выхода 2. Устанавливается его максимальное значение. Перед началом измерений все приборы прогреваются в течении 10 -15 минут. Выход термостата на нужную температуру может занять большее время. Использование самописца возможно в двух вариантах.
а) В режиме (xyt). Установить чувствительность входа x примерно 2В/см и соедините его с выходом Uя блока питания. Вход y соедините с выходом усилителя постоянного тока и установите его чувствительность приблизительно на 0,5 - 1В/см. Самописец выведите на нулевую точку.
Необходимо помнить, что в виду того, что выход усилителя может быть инвертирован, нулевая точка может быть как снизу, так и сверху с левой стороны планшета. Замкните ключ.
Самописец начнет вычерчивать кривую зависимости тока от приложенного напряжения, ход которой показан на рисунке 8.
Рис. 8. Наблюдаемая зависимость выходного тока от ускоряющего напряжения.
Б) В режиме (yt). Переключить режим самописца в указанный. Соединить его с исследуемой схеме, как и в предыдущем пункте. Так как в результате перезарядки конденсатора, увеличение ускоряющего напряжения происходит экспоненциально, регистрируемые максимумы кривой не равноудалены друг от друга. Рекомендуется снять названные зависимости на одном листе. Поэтому перед началом второго опыта убедитесь в том, что карандаш самописца находится в той же начальной точке.
Перед началом выполнения всех заданий собранная установка имеет вид, показанный на рисунке 3.
Задание 1. Определение потенциалов возбуждения атомов ртути (путем снятия кривой Франка-Герца в режиме (xyt)) при различных температурах (условия опыта уточняются у преподавателя).
1. Выполните следующие действия:
• установить чувствительность входа x примерно 2В/см и соедините его с выходом Uа блока питания;
• вход у соедините с выходом усилителя постоянного тока и установите его чувствительность приблизительно на 0,5 - 1 В/см;
• положить и укрепить на самописце лист миллиметровой бумаги;
• самописец выведите на нулевую точку (сверху или снизу).
2. В установке, собранной по приведенной схеме (рис. 3):
• установить значение противонапряжения 0,5В (выход 1). В ходе эксперимента оптимизируется его значение в пределах от 0 до 3 вольт;
• установить максимальное значение ускоряющего напряжения (выход 2);
• включить установку и прогреть ее в течении 10 - 15 минут;
• используя датчик температуры и регулятор термостата установить температуру 150С и дождаться ее стабилизации.
3. Для определение потенциалов возбуждения атомов ртути:
• ключ 7 перевести в положение 1 (включено);
• сначала снимите кривую Франка-Герца качественно, не обращая внимания на показания вольтметра 6;
• не меняя листа миллиметровки, 2 — 3 раза повторите предыдущие действия, указывая рядом с пиками значения потенциалов возбуждения, измеренные по вольтметру.
4. Действие 3 повторите 3 - 5 раз.
5. Используя датчик температуры и регулятор термостата установить температуру 160С и дождаться ее стабилизации.
6. Повторите действия 3-4.
7. Используя датчик температуры и регулятор термостата установить температуру 170С и дождаться ее стабилизации.
8. Повторите действия 3 - 4.
9. Используя датчик температуры и регулятор термостата установить температуру 180С и дождаться ее стабилизации.
10. Повторите действия 3 - 4.
11. Сравните значения потенциалов возбуждения атомов ртути на кривых Франка-Герца, полученных при разных температурах, с их теоретическими значениями
Задание 2. Определение потенциалов возбуждения атомов ртути (путем снятия кривой Франка-Герца в режиме (yt)) при различных температурах (условия опыта уточняются у преподавателя). Сравнить полученные данные с результатами первого задания.
1. Выполните следующие действия:
• переключите самописец в указанный режим (yt);
• вход y соедините с выходом усилителя постоянного тока и установите егочувствительность приблизительно на 0,5 - 1В/см;
• положить и укрепить на самописце лист миллиметровой бумаги;
• самописец выведите на нулевую точку (сверху или снизу).
2. В установке, собранной по приведенной схеме (рис. 3):
• установить значение противонапряжения 0,5В (выход 1). В ходе эксперимента оптимизируется его значение в пределах от 0 до 3 вольт;
• установить максимальное значение ускоряющего напряжения (выход 2);
• включить установку и прогреть ее втечении 10— 15 минут;
• используя датчик температуры и регулятор термостата установить температуру 150С и дождаться ее стабилизации.
3 Для определение потенциалов возбуждения атомов ртути:
• ключ 7 перевести в положение 1 (включено);
• сначала снимите кривую Франка -Герца качественно, не обращая внимания на показания вольтметра 6;
• не меняя листа миллиметровки, 2-3 раза повторите предыдущие действия, указывая рядом с пиками значения потенциалов возбуждения, измеренные по вольтметру.
4. Действие 3 повторите 3-5 раз:
• в одном из опытов укрепите на самописце лист миллиметровки с кривой Франка-Герца, полученной при выполнении первого задания при соответствующей температуре;
• сравните между собой полученные результаты.
5. Используя датчик температуры и регулятор термостата установить температуру 160С и дождаться ее стабилизации.
6. Повторите действия 3 - 4.
7. Используя датчик температуры и регулятор термостата установить температуру 170С и дождаться ее стабилизации.
8. Повторите действия 3 - 4.
9. Используя датчик температуры и регулятор термостата установить температуру 180С и дождаться ее стабилизации.
10. Повторите действия 3-4.
11. Сравните значения потенциалов возбуждения атомов ртути на кривых Франка-Герца, полученных при разных температурах, с их теоретическими значениями и со значениями, полученными при выполнении первого задания.
Контрольные вопросы.
1. Как М.Планк объяснил закономерности в излучении абсолютно черного тела.
2. Уравнение фотоэффекта Эйнштейна и его объяснение основных закономерностей этого явления.
3. Сформулируйте постулаты Бора.
4. Получите формулу энергии атома водорода согласно модели Бора-Резерфорда.
5. Опишите опыты Франка-Герца и прокомментируйте подученные в них результаты.
6. Как измерить потенциал ионизации атомов ртути?
7. Почему измеренное значение первого потенциала возбуждения не совпадает с расчетным?
8. Поясните принцип работы термостата, используемого в данной работе.
9. Сформулируйте этапы выполнения лабораторной работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Техническая документация и методические указания немецкой фирмы РНYWЕ (на английском языке).
2. Джанколи Д. Физика: В 2т./ Пер. с анг. М.: Мир, 1989.Т.2.
3. Акоста В., Кован К., Грэм Б. Основы современной физики. М.: Просвещение, 1981
4. Кинсеп А.С., Локшин Г.Р., Ольхов О.А. Основы физики: В 2 т./ Под ред. Кингсеппа. М.
5. Давыдов А.С. Квантовая механика.- М: Физматгиз, 1963.-748 с