【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 020501Tceculll?=????????=1251Tceculll? 這里 c1及 c2 皆為常數(shù)，本題要求從實(shí)驗(yàn)確定 c2 ，它正比于普朗克常數(shù) h。 (1) 本實(shí)驗(yàn)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(jiàn)譜中 l0 值附近一非常窄的范圍的光通過(guò) (見(jiàn)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(guān)，而 E 則與鎢絲的功率密度成正比 ? ? 式中無(wú)量綱參數(shù) ? 為 LDR的特征之一，需由本實(shí)驗(yàn)中求得。從上面可得出 LDR的電阻 R 與鎢絲溫度 T 的關(guān)系 ? (3) 023TcecR l??= 0luE ? ?? ER? 此式將 應(yīng)用到。這個(gè)公式中 c3 是一個(gè)未知比例常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)測(cè)量不同溫度 T 對(duì)應(yīng)的電阻 R，從而得到 c2。 實(shí)驗(yàn)裝置 Platform Potentiometer Battery Lamp A V ? LDR Cover Ruler Solution filter Holder Grey filter Voltmeter Ammeter Ohmeter 部件： 圓臺(tái)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(dǎo)線 、黑導(dǎo)線 問(wèn)題 問(wèn)題 1：線路圖 在答卷紙 1上畫(huà)出盒子里以及盒子之間完整的電路圖。 畫(huà)圖時(shí) , 參照?qǐng)D F4所給的說(shuō)明。 問(wèn)題 2: 燈絲溫度的測(cè)量 ? 導(dǎo)電燈絲的電阻 RB滿足以下公式： (4) 式中 ?是導(dǎo)體的電阻率 , , l 是長(zhǎng)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(guān)： ? 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(yàn)關(guān)系（ SI單位制） ? (5) ? 熱膨脹造成燈絲長(zhǎng)度和截面的改變。本實(shí)驗(yàn)這個(gè)效應(yīng)的影響很小，可以忽略不計(jì)。 ? 由（ 4）（ 5）式，忽略熱膨脹可以得到 ? (6) ? 可見(jiàn)，為了得到 T首先要確定 a。它可以通過(guò)測(cè)量環(huán)境溫度 T0下的燈絲電阻 RB,0而確定。 ??=T 83,0BaRT =a) 用萬(wàn)用表測(cè)量環(huán)境溫度 T0。 b) 直接用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量 T0下的燈絲電阻 RB,0 是不可取的，因?yàn)闇y(cè)量時(shí)產(chǎn)生的電流會(huì)產(chǎn)生提高燈絲溫度。這里，為了測(cè)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(cè)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(cè)量 15個(gè)點(diǎn)。）最后，將電位器置于起始位置，斷開(kāi)電位器與電池之間的導(dǎo)線。 每一對(duì) V和 I的值，求出相應(yīng)的電阻值 RB 。注明實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻_(dá)到的最小電壓。以 RB作為縱軸，作圖表示 RB與 I的關(guān)系。 c) 觀察 b)得到的圖，選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍，線性擬合外推到原點(diǎn)，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(wèn)題 3：從 圖 F6確定中心波長(zhǎng) l 0 和 ?l。 ? 濾光器的光學(xué)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(qiáng)與入射光強(qiáng)之比 )與波長(zhǎng)關(guān)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(shí)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)， 2 ?l是指透射率降到極大值 1/2時(shí)的所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)寬度。 問(wèn)題 4 ? LDR的性質(zhì) ? LDR的材料在黑暗中是不導(dǎo)電的。當(dāng)光照射時(shí) , 產(chǎn)生載流子 , 可以有電流通過(guò)。 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(guān)。γ 是一個(gè)無(wú)量綱的參數(shù)，給出了電阻的變化隨 E關(guān)系。理論上，理想的 LDR的 γ = 1，然而，基于許多因素的作用，在實(shí)際情況下 γ 1。 ( 4 ) ??= EbR γ的 測(cè)量是必需的。它可以通過(guò)圖 F－ 7所示的裝置，測(cè)量 R和 E的關(guān)系來(lái)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(guò)它產(chǎn)生為 E’= , 測(cè)量這時(shí)的 LDR的電阻 R’, 有 ? F7 F ? F8 ? 得到 ? (8) ? 在完成問(wèn)題 4的 b)部分之前，不要進(jìn)行這一步。 ?= bER n ?= )(39。 EbRn 39。 ?=nnRR? a) 開(kāi)始本部分測(cè)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(duì)應(yīng)電流的值，以得到對(duì)應(yīng)的 LDR電阻值 (至少測(cè)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(dá) V V時(shí) ,大約等待 10分鐘后開(kāi)始第一個(gè)量的測(cè)量 ,以后每 5分鐘測(cè)量一個(gè)值。在進(jìn)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(kāi)保護(hù)罩 ,如圖 F9,放入灰度板 ,盡快蓋上保 護(hù)罩 ,進(jìn)行 LDR電阻 R’的測(cè)量。用這些數(shù)據(jù)和公式 (8)計(jì)算 ? 和 Δ? 。 ? c) 改寫(xiě)公式 (3)，以得到 ln R 與 的線性關(guān)系。在答題紙上寫(xiě)出方程并標(biāo)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(jì)算 h 和 Δh，可以用任何方法（允許使用考場(chǎng)提供的計(jì)算器的統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn) : 本實(shí)驗(yàn)包含了實(shí)驗(yàn)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(cè)量與記錄 , 作圖 , 線性化 , 處理數(shù)據(jù) , 誤差分析 … ?實(shí)驗(yàn)方法的考察 : 溫度的定標(biāo) , 外推法的應(yīng)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(zhǎng)的關(guān)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(zhǎng)為 l 的單位時(shí)間的輻射能 本實(shí)驗(yàn)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(guò)濾光液體以后 ,只留下可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)一個(gè)很窄的帶 , 我們假設(shè)它近似為單色的 1251??????????=Tceculll?該波長(zhǎng)落在光敏電阻 (LDR)的響應(yīng)范圍內(nèi) Liquid filter l0 ul wavelength, l 由公式 : 對(duì)于足夠小的 l 光敏電阻的阻值 R 與受到的輻射的關(guān)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(duì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行定標(biāo) , 等等 . T l0 R ? RB0 由 I = 0 , V 和 I 的關(guān)系外推 83,0BaRT =V A 依據(jù)燈絲電阻 (RB)與溫度 (T)的關(guān)系 a 由室溫 (T0)下的燈絲電