【文章內(nèi)容簡介】 020501Tceculll?=????????=1251Tceculll? 這里 c1及 c2 皆為常數(shù)，本題要求從實驗確定 c2 ，它正比于普朗克常數(shù) h。 (1) 本實驗的基本組件 ? 輻射物體為白熾燈 A的鎢絲，有很寬的輻射光譜，而且發(fā)光度可調(diào)。 ? 試管 B裝有濾光液體，該液體只容許在可見譜中 l0 值附近一非常窄的范圍的光通過 (見圖 F3)。 ? F2 ? A ? B ? C ? ul ? l l0 ? F3 ? 光敏電阻（ LDR）的電阻 R 與其所受光照 E 有關，而 E 則與鎢絲的功率密度成正比 ? ? 式中無量綱參數(shù) ? 為 LDR的特征之一，需由本實驗中求得。從上面可得出 LDR的電阻 R 與鎢絲溫度 T 的關系 ? (3) 023TcecR l??= 0luE ? ?? ER? 此式將 應用到。這個公式中 c3 是一個未知比例常數(shù)。本實驗的目的是通過測量不同溫度 T 對應的電阻 R，從而得到 c2。 實驗裝置 Platform Potentiometer Battery Lamp A V ? LDR Cover Ruler Solution filter Holder Grey filter Voltmeter Ammeter Ohmeter 部件： 圓臺上裝置有光敏電阻、試管與及 12V 的電燈泡 k? 10匝電位器 (Pm) 電池 、黑導線 、黑導線 問題 問題 1：線路圖 在答卷紙 1上畫出盒子里以及盒子之間完整的電路圖。 畫圖時 , 參照圖 F4所給的說明。 問題 2: 燈絲溫度的測量 ? 導電燈絲的電阻 RB滿足以下公式： (4) 式中 ?是導體的電阻率 , , l 是長度 , S是燈絲的橫截面積。 slRB ?=? 由于以下一些原因，電阻與溫度有關： ? 金屬電阻率隨溫度的升高而增加。在 300K－3655K之間，鎢滿足以下經(jīng)驗關系（ SI單位制） ? (5) ? 熱膨脹造成燈絲長度和截面的改變。本實驗這個效應的影響很小，可以忽略不計。 ? 由（ 4）（ 5）式，忽略熱膨脹可以得到 ? (6) ? 可見，為了得到 T首先要確定 a。它可以通過測量環(huán)境溫度 T0下的燈絲電阻 RB,0而確定。 ??=T 83,0BaRT =a) 用萬用表測量環(huán)境溫度 T0。 b) 直接用萬用表來測量 T0下的燈絲電阻 RB,0 是不可取的，因為測量時產(chǎn)生的電流會產(chǎn)生提高燈絲溫度。這里，為了測量 RB,0，將電池與電位器相連接。需要有足夠多的電流讀數(shù)，測量范圍在可以調(diào)節(jié)到的最小電壓至 1V之間。（ 100mV以下至少測量 15個點。）最后，將電位器置于起始位置，斷開電位器與電池之間的導線。 每一對 V和 I的值，求出相應的電阻值 RB 。注明實驗能夠達到的最小電壓。以 RB作為縱軸，作圖表示 RB與 I的關系。 c) 觀察 b)得到的圖，選擇適當?shù)臄?shù)值范圍，線性擬合外推到原點，可以得到 R B， 0。 將所選擇的所有數(shù)據(jù)填在答卷紙的表中。求RB,0及 ΔRB0。 d) 用（ 6）式求 a 和 ?a的值， RB,0 用 Ω， T0 用 K 作單位。 問題 3：從 圖 F6確定中心波長 l 0 和 ?l。 ? 濾光器的光學性質(zhì) ? 試管中有由硫酸銅等材料的濾光液體 ,它的用處是吸收燈泡的紅外輻射。 ? 濾光器的透射率 (透射光強與入射光強之比 )與波長關系如圖 F6 051015202530450 500 550 600 650 700 750l / n m% t ra n s m i t t a n c e注意： l 0是透射率最大時對應的波長， 2 ?l是指透射率降到極大值 1/2時的所對應的波長寬度。 問題 4 ? LDR的性質(zhì) ? LDR的材料在黑暗中是不導電的。當光照射時 , 產(chǎn)生載流子 , 可以有電流通過。 LDR的電阻滿足以下公式 ? (7) ? 這里 b是常數(shù) ,它僅與 LDR的成分和幾何結(jié)構(gòu)有關。γ 是一個無量綱的參數(shù)，給出了電阻的變化隨 E關系。理論上，理想的 LDR的 γ = 1，然而，基于許多因素的作用，在實際情況下 γ 1。 ( 4 ) ??= EbR γ的 測量是必需的。它可以通過圖 F－ 7所示的裝置，測量 R和 E的關系來完成。還需要在光源和試管之間插入透射率為 %灰度板 F（減光板），不需考慮透射率的誤差。如圖 F－ 8所示 ， 通過它產(chǎn)生為 E’= , 測量這時的 LDR的電阻 R’, 有 ? F7 F ? F8 ? 得到 ? (8) ? 在完成問題 4的 b)部分之前，不要進行這一步。 ?= bER n ?= )(39。 EbRn 39。 ?=nnRR? a) 開始本部分測量之前，將 LDR保持在完全黑暗的條件下 10分鐘以上。連接電源電位器 ,慢慢轉(zhuǎn)旋鈕增加燈泡電壓 , 電壓的取值范圍從 。讀出電壓和對應電流的值，以得到對應的 LDR電阻值 (至少測量 12組數(shù)據(jù) )。在答題紙上將這些數(shù)據(jù)列表?？紤]到 LDR的延遲 ,在到達 V V時 ,大約等待 10分鐘后開始第一個量的測量 ,以后每 5分鐘測量一個值。在進行下一步之前先不要作數(shù)據(jù)處理。 ? b) 在獲得電阻 R的最小值后 ,打開保護罩 ,如圖 F9,放入灰度板 ,盡快蓋上保 護罩 ,進行 LDR電阻 R’的測量。用這些數(shù)據(jù)和公式 (8)計算 ? 和 Δ? 。 ? c) 改寫公式 (3)，以得到 ln R 與 的線性關系。在答題紙上寫出方程并標注為方程（ 9）。 ? d) 使用 a)獲得的數(shù)據(jù) ,作一張表格，用于方程 (9)的作圖。 ? e) 作圖并計算 h 和 Δh，可以用任何方法（允許使用考場提供的計算器的統(tǒng)計功能） 。 已知 c2 = hc/k。 ? （ 光速 , c = 108 m s1 。 波耳茲曼常數(shù) , k = 1023 J K1) ? F9 ( 9 ) E q . lnln 023?=BRaccRl?實驗關鍵點 : 本實驗包含了實驗考試的諸多要素 , 原本是很好的素材 . ( 6 ) 1lnln 23 TccR l ??=T l0 R ? ? 基本技能的考察 : 儀器安裝 , 數(shù)據(jù)測量與記錄 , 作圖 , 線性化 , 處理數(shù)據(jù) , 誤差分析 … ?實驗方法的考察 : 溫度的定標 , 外推法的應用 , 光敏電阻 ? 的確定 考題解析 光量子的概念 ? Planck (1900): 能量子 h? (h= Planck’s constant , ? =frequency) ? Einstein (1905): 光子 (photons) 熱輻射與波長的關系 ? : 發(fā)射率 (=1黑體 ) C1, C2 :常數(shù) ????????=1251Tceculll?Where c2=hc/k h: Planck’s constant c: velocity of light k: Boltzmann’s constant ????????=1251Tceculll?Planck 輻射定律 波長為 l 的單位時間的輻射能 本實驗的主要目的 燈絲的光譜是連續(xù)的 ul wavelength, l 1251??????????=Tceculll?ul wavelength, l 1251??????????=Tceculll?Liquid filter l0 經(jīng)過濾光液體以后 ,只留下可見光區(qū)內(nèi)一個很窄的帶 , 我們假設它近似為單色的 1251??????????=Tceculll?該波長落在光敏電阻 (LDR)的響應范圍內(nèi) Liquid filter l0 ul wavelength, l 由公式 : 對于足夠小的 l 光敏電阻的阻值 R 與受到的輻射的關系 光敏電阻接受的輻射能 E 正比于 白熾燈的輻射出射度 ( 3) 0luE ?(4 ) ??= EbR( 1 ) 1251??????????=Tceculll?b: 常數(shù) ? : 參數(shù) 取對數(shù) ,得 ( 5 ) 023 TcecR l ??=( 2 ) 020501Tceculll?=由 (2), (3) 及 (4): ( 6) 1lnln023 TccR l ??=作圖 lnRldr 1/ T 2ch實驗設計思路 實驗裝置 : Voltmeter Lamp Ammeter Potentiometer Battery Solution filter LDR Ohmeter ? V A 部件 Platform Potentiometer Battery Lamp A V ? LDR Cover Ruler Solution filter Holder Grey filter Voltmeter Ammeter Ohmeter 實驗步驟 ( 6 ) 1lnln 23 TccR l ??=用方程 (6)求斜率之前 , 要確定一系列常數(shù) , 進行定標 , 等等 . T l0 R ? RB0 由 I = 0 , V 和 I 的關系外推 83,0BaRT =V A 依據(jù)燈絲電阻 (RB)與溫度 (T)的關系 a 由室溫 (T0)下的燈絲電