Установка на основе трёхэлектродной лампы ПМИ-2. Вариант 2

Страницы работы

7 страниц (Word-файл)

Содержание работы

Вариант 2 (работа 48р)

УСТАНОВКА НА ОСНОВЕ ТРЁХЭЛЕКТРОДНОЙ ЛАМПЫ ПМИ-2

Установка состоит из измерительного устройства 1, объекта исследования 2 – трёхэлектродной лампы ПМИ-2, наполненной газом и помещённой в металлический кожух, и электронного осциллографа 3 (сигнал может выводиться и на персональный компьютер через аналого-цифровой преобразователь), рис. 6. Измерительное устройство формирует пилообразное напряжение амплитудой около 40 В, которое подаётся на участок катод – сетка лампы, задерживающее напряжение сетка – анод, а также переменное напряжение, мгновенное значение которого пропорционально силе анодного тока в рассматриваемый момент.

Одновременно с пилообразным напряжением, подаваемым на лампу, измерительное устройство формирует на экране осциллографа на фоне вольт-амперной характеристики узкий добавочный пик – маркер, который можно перемещать по экрану осциллографа ручками ГРУБО и ТОЧНО, расположенными на лицевой панели измерительного устройства. При наведении маркера на интересуемые точки регистрируемой картины на табло измерительного устройства отображаются значения соответствующего напряжения U, которые и следует регистрировать.

Примеры картин, наблюдаемых на экране осциллографа в процессе измерений, представлены на рис. 7.а – 7.е.

Рис. 7.а. Картина ВАХ при оптимальной развёртке по времени. В левом нижнем углу виден пик, соответствующий метке (U = 0).

Рис. 7.б. Положение метки

соответствует напряжению U = 1,9 В.

Рис. 7.в. Положение метки

соответствует напряжению U1.

(ПЕРВЫЙ МАКСИМУМ)

Рис. 7.г. Положение метки

соответствует напряжению U¢ > U1.

Рис. 7.д. Положение метки

соответствует напряжению U2.

(ВТОРОЙ МАКСИМУМ)

Рис. 7.е. Положение метки

соответствует напряжению U3.

(ТРЕТИЙ МАКСИМУМ)

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте установку к работе:

·  Подсоедините объёкт исследования (лампу ПМИ-2 в металлическом корпусе) к измерительному устройству;

·  Подключите измерительное устройство ко входу «Y» электронного осциллографа специальным кабелем;

·  Проверьте наличие заземления измерительного устройства и осциллографа;

·  Установите следующие значения пределов ручек регулировки осциллографа: длительность – 3 мс; делитель: 0,5 В/дел; синхронизация – внутренняя; яркость – в крайнее левое положение;

·  Включите измерительное устройство и осциллограф в сеть и дайте установке прогреться 10 минут.

2. С помощью регулировок частоты развёртки и чувствительности усилителя вертикального отклонения луча осциллографа добейтесь устойчивого изображения картины вольт-амперной характеристики лампы.

3. Вращая ручки метки ГРУБО и ТОЧНО на передней панели измерительного устройства, установите метку на экране осциллографа напротив каждого из трёх наблюдаемых максимумов вольт-амперной характеристики и запишите в таблицу 2 соответствующие значения напряжения (U1, U2 и U3).

Таблица 3

U1

U2

U3

U2 -U1,

В

U3 -U2,

В

DE21, Дж

DE32, Дж

l21, нм

l32, нм

1.

2.

3.

Сред-нее Ui

Приборная погрешность измерения напряжения: DUПР =      В

lСР ± Dl =               нм

Газ, заполняющий лампу:

5. Измерения по п. 3 выполните три раза; результаты запишите в таблицу 3.

6. Зная резонансные значения напряжения, определите разность энергий двух стационарных состояний с n = 2 и n = 1.

Е2Е1 = hν21 = e(U2 - U1),                                     (4)

Е3Е2 = hν32 = e(U3 - U2),                                     (5)

(здесь е – заряд электрона), и соответствующую данному переходу длину волны:

(l21 = ,     l32 = ),                        (6)

где с – скорость света в вакууме.

7. Вычислите среднее значение длины волны lСР, соответствующей электронным переходам в газе, который заполняет лампу.

8. Рассчитайте ошибку измерения длины волны.

Измерения длины волны в настоящей работе – косвенные, следовательно, расчёт погрешностей проводится по следующим формулам:

Dl21 = DU1 + DU2 = ,

где DU1 = a,

DU2 = a;

Dl32 = DU2 + DU3 = ,

где DU3 = a.

Здесь коэффициент Стьюдента a = 4,3 соответствует трём измерениям и доверительной вероятности 0,95.

Прежде, чем подставлять значения погрешностей измерений напряжения (DU1, DU2 и DU3) в формулы для вычисления Dl21 и Dl32, необходимо сравнить эти значения с приборной погрешностью измерения напряжения DUПР (величину приборной погрешности следует записать в таблицу 3). Если какая-либо из ошибок (DU1, DU2, DU3) окажется меньше DUПР, то в формуле для расчёта Dl следует использовать вместо этой ошибки именно DUПР.

Для оценки максимального значения погрешности выберем наибольшее из Dl21 и Dl32. Обозначив его Dl, округлите это число, а затем до той же значащей цифры округлите значение lСР.

9. Результат измерений представьте в виде

l = lСР ± Dl

и запишите в таблицу 3.

10. Пользуясь таблицей 1, определите, какой газ заполняет лампу ПМИ-2. Вывод запишите в таблицу 3.

Вариант 2а (работа 48р)

УСТАНОВКА НА ОСНОВЕ ТРЁХЭЛЕКТРОДНОЙ ЛАМПЫ ПМИ-2

(с использованием аналого-цифрового преобразователя PCSCOPE

и персонального компьютера)

Установка состоит из измерительного устройства 1, объекта исследования 2 – трёхэлектродной лампы ПМИ-2, наполненной газом и помещённой в металлический кожух; сигнал выводится и на персональный компьютер 4 через аналого-цифровой преобразователь 3.б), рис. 8.


Примеры изображения, получаемого на экране монитора компьютера, представлены на рис. 9.а – 9.д.

Рис. 9.а. Пример вызова программы Pc_Lab2000 из опции «Пуск».

Рис. 9.б. Меню, высвечивающееся на экране после вызова программы Pc_Lab2000. Далее следует нажать «OK».

Рис. 9.в. Меню, высвечивающееся после вхождения в программу Pc_Lab2000 (сигнал еще не регистрируется). Для начала работы с программой следует нажать клавишу «AUTOSET» в левой части панели (в массиве клавиш СН1). Программа автоматически подбирает масштабы по амплитуде и по времени, однако итог этого подбора будет не оптимален (см. рис. 9.г.).

Рис. 9.г. Картина, появляющаяся после автозапуска программы. Видно, что развёртка как по вертикали, так и по горизонтали не оптимальна (масштаб мал). Далее необходимо:

- установить оптимальное время развёртки (клавиша 5 ms в группе клавиш Time/Div);

- установить необходимое усиление (клавиша 50 mV в группе клавиш Volts/Div канала CH1)

- полозковыми регуляторами Volts/Div на канале CH1 и Trigger (в правой части панели) переместить изображение в центр экрана

Рис. 9.д. Пример картины ВАХ, с которой следует начинать измерения (сравните с. картиной на рис. 7.а).

Порядок выполнения работы

Порядок выполнения аналогичен тому, который изложен в пп. 3-10 варианта 2 настоящих указаний.

Результаты измерений и вычислений также заносятся в табл ицу 3.

Контрольные вопросы

1.  Дайте формулировку постулатов Бора.

2.  Изложите сущность опытов Франка и Герца.

3.  Каким образом получают неподвижное изображение осциллограмм с максимумами на экране осциллографа?

4.  Как, зная энергию перехода атома с основного уровня на возбужденный, определить частоту поглощаемого кванта?

5.  Рассчитайте, исходя из теории Бора, радиусы электронных орбит водородоподобного атома.

6.  Покажите, что целое число n, входящее в формулу второго постулата Бора, равно числу длин волн де Бройля, укладывающихся на длине круговой орбиты электрона в атоме.

Список литературы

1.  Савельев И. В. Курс общей физики: В 3-х т. – М.: Наука, 1987. – Т. 3, С. 55.

2.  Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Высш. шк., 2000. – С. 294.

3.  Шпольский Э.В. Атомная физика. – М.: Наука, 1974. – Т. 1, С. 294.

4. Расчет погрешностей в лабораторных работах физического практикума. Методические указания к вводным занятиям в физическом практикуме / Н.А.Гринчар, Ф.П.Денисов, Б.А.Курбатов и др.; Под общ. ред. Ф.П.Денисова. – М.: МИИТ, 1995. – 38 с.

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Физика
Тип:
Задания на лабораторные работы
Размер файла:
515 Kb
Скачали:
0