Опыт франка герца. Лабораторная работа 10 По дисциплине Физика

• Название: Лабораторная работа 10 По дисциплине Физика
• Анкор: Опыт франка герца
• Дата: 22.05.2023
• Размер: 0.56 Mb.
• Имя файла: laba_10 (1).docx
• Тип: Лабораторная работа; #1151428

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и технической физики

Лабораторная работа №10

По дисциплине	Физика
	(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема работы:		Опыт Франка-Герца

Выполнил: студент гр.

(шифр группы)

(подпись)

(Ф.И.О)

Проверил:
		(должность)			(подпись)		(Ф.И.О)

Санкт-Петербург

2023
I. Цель работы: изучение дискретных свойств энергетических уровней атомов и экспериментальное доказательство дискретности энергетических уровней атомов неона.
II. Краткое теоретическое содержание

Явление, изучаемое в работе – дискретность энергетических уровней.
Определения

1. Спектр испускания — это распределение по частотам интенсивности электромагнитного излучения, испускаемого телом.

2. Спектр поглощения – это распределение по частотам интенсивности электромагнитного излучения, поглощаемого телом.

3. Дискретность – это главная особенность атомных спектров, заключающаяся в распределении по частотам интенсивности испускаемого или поглощаемого излучения I(ω), он представляет собой набор очень острых пиков при некоторых значениях частоты ω_i, в промежутке между которыми интенсивность практически равна 0.

4. Спектральные линии – это пики интенсивности.
Законы и соотношения

1. 
   Первый постулат Бора. Существуют стационарные состояния атома. Этим стационарным состояниям соответствуют вполне определенные (стационарные) орбиты электронов. При движении по стационарным орбитам электроны не излучают и не поглощают электромагнитные волны.
   

2. 
   Второй постулат Бора. При переходе электрона с внешней стационарной орбиты на внутреннюю, ближе к ядру, атом излучает квант энергии:
   

(1)

где – энергии электрона на соответствующих орбитах.

3. 
   Правило квантования орбит Бора. Момент импульса электрона, находящегося на стационарной̆ орбите, квантуется.
   

(2)

где n – целое число.


Схема установки

Рис.1 – Экспериментальная установка
Состав экспериментальной установки

1. 
   Функциональный модуль
   
2. 
   Неоновая трубка Франка-Герца с кожухом
   
3. 
   Компьютер
   

III. Основные расчетные формулы

1. 
   Разность соседних значений напряжений, при которых ток достигает минимальных значений
   

(3)

где , – ускоряющие напряжения, когда значение тока минимально в n-ый и (n+1)-ый разы, [ ] = [ ] = В; n = 2, 3.

2. Длина волны электромагнитного излучения

(4)

где c – скорость света в вакууме, c = м/с; h – постоянная Планка, h = 4,136 · 10^-15 ; E – энергия возбуждения (активации), [E] = эВ. Можно принять, что усреднённое значение ∆ , В равняется энергии активации Е, эВ.

­­IV. Формулы погрешности прямых измерений



Формулы погрешностей косвенных измерений

1. 
   Абсолютная погрешность косвенных измерений длины волны электромагнитного
   

излучения

(5)

V. Таблицы

Таблица 1

Результаты измерений

U2 = 7 В	Imin	нA	0,01	0,01	0,45	5,19
	U1	В	23,76	39,78	57,75	76,53
U2 = 7,5 В	Imin	нA	0,01	0,01	0,01	3,24
	U1	В	23,76	39,78	58,48	77,02
U2 = 8 В	Imin	нA	0,01	0,01	0,01	1,09
	U1	В	23,76	42,17	58,48	77,50

Таблица 2

Результаты вычислений

U2 = 7 В	∆U1	В	16,02	17,97	= E = 17,00 эВ
	λ	нм	72,9
U2 = 7,5 В	∆U1	В	16,02	18,70	= E = 17,36 эВ
	λ	нм	71,4
U2 = 8 В	∆U1	В	18,41	16,31	= E = 17,36 эВ
	λ	нм	71,4

VI. Пример вычислений

1. 
   Разность соседних значений напряжений, при которых ток достигает минимальных значений по формуле (3)
   

2. Длина волны по формуле (4)






Расчет погрешности косвенных измерений

Длина волны электромагнитного излучения по формуле (5)












Окончательный результат

, ,

Графический материал



Рис.2 – Зависимость минимального анодного тока от напряжения при U₂ = 7 В



Рис.3 – Зависимость минимального анодного тока от напряжения при U₂ = 7,5 В



Рис.4 – Зависимость минимального анодного тока от напряжения при U₂ = 8 В



Рис.2 – Зависимость минимального анодного тока от напряжения при различных задерживающих напряжениях.


Вывод: в ходе данной лабораторной работы были изучены дискретные свойства энергетических уровней атомов и было экспериментально доказана дискретность энергетических уровней атомов неона. Кроме того, были получены значения энергии активации и длины волн при различных задерживающих напряжениях ( , , и , , соответсвенно).