7.Какая разница в распределении цветов в спектрах, даваемых дифракционной решёткой и стеклянной призмой?

Лабораторная работа №51

1.Какое явление называют внутренним фотоэлектрическим эффектом, и чем он отличается от внешнего фотоэффекта?

2.Поясните устройство спектрографа со стеклянной призмой.

3.Почему фоторезистор реагирует на свет только в определённом диапазоне длин волн?

4.Что называется запрещённой зоной в полупроводнике? Как она определяется в данной работе?

Лабораторная работа №52

1.Какие виды спектров вы знаете?

2.Какие вещества излучают линейчатый спектр?

3.С помощью какого прибора возможно изучать спектральный состав света, излкчаемого веществом?

4.Что называют дисперсией света? От каких характеристик преломляющей призмы она зависит?

5.Как работает призменный спектроскоп?

6.Что такое спектральный анализ? Для чего он используется?

Лабораторная работа №53

1.Какое излучающее электромагнитную энергию тело называется абсолютно чёрным?

2.Что такое энергетическая светимость и спектральная плотность энергетической светимости в излучении абсолютно чёрного тела? 3.Чем отличается излучение света электрической лампочкой от излучения абсолютно чёрного тела и почему?

4.Напишите выражение закона Стефана-Больцмана применительно к данной работе.

Лабораторная работа №54

1.В чём заключается явление фотоэлектрического эффекта?

2.Напишите и прокомментируйте уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

3.Что называется красной границей фотоэффекта?

4.Что означает термин “задерживающий потенциал”?

5.Как связан задерживающий потенциал с длиной волны света, падающего на фотоэлемент?

23

Лабораторная работа №55

1.Напишите закон радиоактивного распада. Какой физический смысл имеет постоянная распада?

2.Какие процессы приводят к ослаблению потока радиоактивного излучения при прохождении через разные материалы?

3.Какие существуют виды радиоактивного излучения? Какой из них исследуется в данной работе?

Лабораторная работа №56 (см. №47)

Лабораторная рабта №57 (см. №47)

Лабораторная работа №58

1.Дайте определение освещённости поверхности.

2.Напишите законы освещённости.

3.Почему возможно определять освещённость поверхности светом с помощью фотоэлемента?

4.При достаточно аккуратной работе по определению зависимости освещённости от косинуса угла наклона плоскости фотоэлемента по отношению к направлению пучка света и от 1/ r2 получающиеся графики не проходят через начало координат. Объясните это несоответствие.

5.Что такое внутренний фотоэффект? Чем он отличается от внешнего фотоэффекта?

Лабораторная работа №59

1.Поясните природу возникновения линейчатых спектров испускания.

2.Как называется серия испускания в спектре водорода, исследуемая в данной работе?

3.Между какими энергетическими уровнями происходит переход электрона в атоме водорода при образовании исследуемого спектра? 4.С помощью какого спектрального прибора исследуется спектр испускания в данной работе?

Лабораторная работа №60

1.Поясните природу линейчатого спектра испускания света веществом.

2.С помощью какого прибора в работе исследуется линейчатый спектр?

3.С какой целью в работе сроится градуировочный график? 4.Спектр какого вещества используется для построения градуировочного графика?

24

Лабораторная работа №61

1.Какое явление называется дифракцией световой волны и как она наблюдается в эксперименте?

2.Что такое дифракционная решётка, её характеристики. 3.Как определяется порядок спектра (дифракции) решётки?

4.Что означает знак “-“ возле цифры порядка спектра в описании работы?

5.Какие волны называются когерентными? …монохроматическими?

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРАКТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Измерение – это сравнение измеряемой величины с другой величиной, принятой за единицу измерения. Любая физическая величина обладает истинным значением, которое идеально отражает свойства измеряемого объекта.

Измерения бывают прямые и косвенные. При прямых измерениях определяемая величина непосредственно сравнивается с единицей измерения (определение длины предмета, его массы и времени протекания процесса). При косвенных измерениях измеряемая величина вычисляется из результатов прямых измерений других величин, которые связаны с измеряемой величиной некоторой функциональной зависимостью (измерение скорости, плотности тела и т.д.).

Все физические эксперименты производятся с некоторой точностью, т.е. всегда имеется погрешность измерений физических величин. Погрешностью называется отклонение результатов измерений от истинного значения измеряемой величины.

Погрешности подразделяются на:

1.Систематические, обусловленные особенностями измерительных приборов и условий измерения. В принципе эти погрешности могут быть устранены усовершенствованием измерительных приборов и методов измерений.

2.Случайные, которые изменяются случайным образом при проведении серии повторых измерений одной и той же величины. Случайные погрешности вызываются как объективными, так и субъективными причинами. Случайные погрешности, существенно превышающие ожидаемую для данного измерения величину, называются промахами. Обычно промахи объясняются невнимательностью экспериментатора и должны быть исключены из рассмотрения.

25

3.Инструментальные погрешности, зависящие от ограниченной точности измерительного прибора.

Наиболее простая процедура нахождения случайных погрешностей прямого измерения заключается в следующем.

Производится ряд единичных измерений значения некоторой физической величины Х (обычно делается нечётное число измерений): Х1. Х2, Х3, …….. ХN, всего N измерений. Вычисляется средняя арифметическая величина Хср:

При достаточно большом числе измерений N величина Хср принимается за истинное значение измеряемой величины.

Абсолютной погрешностью прямого единичного измерения называется величина:

Производится вычисление погрешностей всех N единичных измерений: ∆Х1, ∆Х2, ∆Х3,……∆ХN. Вычисляется средняя арифметическая величина ∆Хср:

Найденное экспериментально значение измеряемой величины Х записывается в виде:

Относительной погрешностью измеряемой величины явля-

ется отношение абсолютной погрешности к значению самой величины:

При косвенных измерениях производится определение (путём прямых измерений) значений ряда физических величин, входящих в формулу для расчёта, находятся их средние значения и средние абсо-

лютные и относительные погрешности измерений.

26

Определение погрешностей косвенных измерений произво-

дится в соответствии со следующей процедурой. Пусть измеряемая величина Х вычисляется по формуле:

Значения физических величин А, В, С находятся путём прямых измерений. Следовательно, для них известны средние значения и средние погрешности измерений, как абсолютные, так и относительные.

1.Логарифмируется формула, по которой вычисляется значение величины Х:

lnX = ln2 +lnπ + lnA + lnB - 2·lnC.

2.Полученное выражение дифференцируется:

dXX = dAA + dBB −2 dCC

3.Знаки дифференциалов d в этой формуле заменяются знаками конечных приращений ∆, а все знаки “_” заменяются на “+”:

Выражение (7) представляет собой относительную погрешность косвенных измерений. Для определения абсолютной погрешности следует значение относительной погрешности умножить на Хср.

Погрешность серии косвенных измерений величины Х можно определить (на примере формулы 6) в соответствии с процедурой, указанной в таблице 1.

По результатам трёх прямых измерений величин А,В,С вычисляются три значения Х. Далее находится среднее значение Хср, п о-

27

грешность каждого измерения ∆Х и среднее значение погрешности

измерений ∆Хср.

Если точность измерительного прибора недостаточна для определения погрешности прямых измерений, используется инструментальная погрешность.

Точность измерительного прибора определяется значением минимального деления его измерительной шкалы.

Инструментальная погрешность измерительного прибора равна половине его точности, т.е. половине минимального деления шкалы.

ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Представление результатов измерений в виде графиков даёт наглядное представление о зависимости одной физической величины (У) от другой (Х). Во многих случаях такая зависимость изображается в виде:

где А и В - некоторые физические величины, подлежащие определению при измерении зависимости Y от Х.

Для построения графиков используют миллиметровую бумагу. Значения независимой переменной Х откладываются по оси абсцисс (горизонтальной оси), значения зависимой величины Y – по оси ординат (вертикальной оси). Обычно оси располагают вдоль толстых линий на бумаге. По осям ординат выбирают масштабы измерения так, чтобы точность отсчёта величин Х и Y соответствовала точности отсчёта по графику. Масштабы выбирают так, чтобы единица масштаба была кратна десяти, пяти или двум клеткам бумаги. На концах осей надписывают обозначения измеряемых физических величин и отмечают наименования их единиц измерения. График не должен быть растянут или сжат вдоль осей координат, а экспериментальные точки и проведённая через них кривая должны располагаться по возможности на наибольшей площади. Если откладываемая на оси величина изменяется в пределах, далёких от нулевого значения, в начале координат графика, как правило, помещают число, близкое к наименьшему значению, определённому экспериментально. На осях координат не допускается обозначение промежуточных данных, а помещаются только числа, соответствующие выбранному масштабу.

28

Прямая линия проводится через экспериментальные точки наилучшим образом в соответствии с теоретическим уравнением (8) так, чтобы точки равномерно группировались выше и ниже прямой. Способы получения численных значений параметров А и В понятны из рассмотрения рис. 1 и рис.2. Угловой коэффициент В определяется так же, как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс. Угловой коэффициент В и отрезок А, отсекаемый прямой на оси ординат, в каждом конкретном случае имеют определённый физический смысл и, как правило, имеют размерность.

НАХОЖДЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ ГРАФИЧЕСКОМ ПРЕДСТАВЛЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИЗМЕРЕНИЙ

29

Для нахождения погрешности ∆А измерений отрезка А, отсекаемого прямой на оси ординат, параллельно проведённой прямой проводятся две дополнительные прямые (пунктиры на рис.3). Одна проводится так, чтобы все экспериментальные точки лежали ниже прямой, другая – так, чтобы все точки лежали выше прямой. Отрезок ∆Y, отсекаемый этими пунктирными линиями на оси ординат, равен удвоенной погрешности величины А:

∆А = ∆2Y

Для нахождения погрешности ∆В измерений углового коэффициента В, участок оси абсцисс, на котором расположены экспериментальные точки, условно делится на три участка (рис.4). Вначале экспериментальная прямая поворачивается так, чтобы на левом участке экспериментальные точки лежали выше прямой, а на правом – ниже прямой (случай 1 - 1 на рис.4). Затем эта прямая поворачивается таким образом, чтобы на левом участке экспериментальные точки лежали ниже прямой, а на правом – выше неё (случай 2 – 2 на рис.4). Для каждой из пунктирных прямых по общим правилам вычисляется угловой коэффициент В. Такое построение даёт три значения В, откуда вычисляется среднее значение углового коэффициента Вср и сред-

нее значение погрешности измерений ∆Вср.

ПРАВИЛА ПРИБЛИЖЁННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ И ЗАПИСИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1.В записи любого числа все цифры, кроме нулей, стоящих перед первой, отличной от нуля цифрой, называются значащими цифрами. Например, в числе 0,00170 три значащие цифры.

2.Результаты расчётов, как правило, округляются до разумных пределов. Округление достигается простым отбрасыванием цифр, если первая из отбрасываемых цифр меньше пяти. Например, число 22468 округляется до 22000 (22·103). Если же первая из отбрасываемых цифр больше пяти, то стоящая перед ней цифра увеличивается на единицу. Например, 34523 округляется до 35000 (35·103).

3.При сложении и вычитании округление результата производится по правилам 1 и 2. В результате следует сохранять столько десятичных знаков, сколько их в наименее точном числе:

23,2 + 0,442 + 7,247 ≈ 30,9

4.При умножении и делении в результате следует сохранять столько значащих цифр, сколько их имеет сомножитель с наименьшим числом значащих цифр:

30,9 · 1,8364 ≈ 56,7

30

454 : 75 ≈ 6,1

5.При возведении в степень в результате следует сохранять столько значащих цифр, сколько имеет возводимое в степень число:

(11,38)2 = 129,5044 ≈ 129,5

6.При извлечении корней в результате следует сохранять столько значащих цифр, сколько их имеет подкоренное выражение:

2,97 =1,7233687 ≈1,72

7.При нахождении логарифма приближённого числа следует брать столько знаков, сколько их содержит данное число:

lg 77,23 = 2,8878 ≈ 2,888

8.При вычислении промежуточных результатов следует брать на одну цифру больше, чем указано в округлении при выполнении математических действий над числами.

9.При вычислении средней погрешности измерений последняя округляется до одной значащей цифры (всегда с избытком). Среднее значение измеряемой физической величины округляется до разряда, в котором стоит округлённое число абсолютной погрешности:

У= 123357 ± 678 (до округления)

У= 123400 ± 700 (после округления), или (1234±7)·102

Погрешность всегда округляется в большую сторону:

У= 237,47 ± 0,16 (до округления)

У= 237,5 ± 0,2 (после округления)

10.Степенной множитель 10к следует всегда выносить за скобки при записи окончательного результата:

У= 2587517±18195=2,587517·106±0,18195·106=(2,6±0,2)·106

У= 0,00175±0,00023=0,0018±0,0002=(1,75±0,02)·10-3

31

32

Никонов Алексей Михайлович Сапрыкин Борис Иванович Сказка Всеволод Степанович

Физика. Вопросы к лабораторным работам