Главная Коллекция "Revolution" Педагогика Лабораторный практикум в инженерном образовании

Лабораторный практикум в инженерном образовании

Сочетание виртуальных и лабораторных практикумов по ядерной физике в российских вузах. Использование имитационного компьютерного моделирования на занятиях по оптике. Построение графика поглощения бета излучения. Расчет постоянной Планка и работы выхода.

Рубрика Педагогика
Вид лабораторная работа
Язык русский
Дата добавления 10.12.2021
Размер файла 207,6 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Нижегородский государственный технический университет

им. Р.Е. Алексеева

Лабораторный практикум в инженерном образовании

А.Н. Яшина, А.А. Басов, Н.В. Шешина,

П.И. Казарин, Н.А. Щепетков

г. Нижний Новгород, Российская Федерация

Внешний фотоэффект. Определение постоянной планка и работы выхода

В инженерном образовании лабораторный практикум является важным элементом, без которого немыслима подготовка полноценного специалиста. Однако постановка реальных лабораторных работ часто затруднена по различным причинам (техническим, финансовым, организационным и т. п.) и не может быть реализована на физическом оборудовании. В частности, решение экспериментальных задач атомной и ядерной физики в учебном процессе ВУЗов весьма затруднительно.

Так для постановки экспериментов с источниками радиоактивных измерений требуется дорогостоящее оборудование и радиоактивные препараты, для работы с которыми необходимо выполнение норм радиоактивной безопасности, что часто бывает затруднительным для вузовских лабораторий. виртуальный лабораторный ядерный моделирование

В таком случае возможен другой подход к решению поставленной задачи. Развитие информационных технологий привело к появлению понятия "виртуальная лабораторная работа", в основе которой лежит имитационное компьютерное моделирование. Необходимо заметить, что виртуальный практикум не является альтернативой лабораторному практикуму. Особенно плодотворным является сочетание этих двух видов. Такой подход способствует лучшему освоению изучаемого вопроса и позволяет расширить круг рассматриваемых задач и сократить продолжительность выполнения измерений в эксперименте.

В качестве примера использования и сравнения компьютерного моделирования и реального эксперимента приводятся результаты лабораторной работы "Изучение явления фотоэффекта" и взаимодействие в-излучения с веществом. Под действием света или ультрафиолетового излучения тела испускают электроны. Это явление называется фотоэлектронной эмиссией или внешним фотоэффектом. При вылете из катода электроны имеют различную энергию, от нуля до Tмакс. Поэтому по мере увеличения напряжения ток плавно уменьшается, достигая нуля при напряжении U, называемом запирающим напряжением. Из наклона прямой по графику можно найти отношение постоянной Планка к заряду электрона:

, (1)

где дU (в вольтах) и (в герцах) - длины катетов треугольника.

Считая заряд электрона известным, из (1) можно определить постоянную Планка. График позволяет определить красную границу ? - по пересечению прямой с осью абсцисс (при U =0) и работу выхода - по пересечению прямой с осью ординат (при =0).

Расчет постоянной Планка и работы выхода

Таблица 1

Окраска линии

(светодиод)

Длина волны излучения л, нм

Частота, излучения

н = с/л, Гц

Uзап, В

фиолетовый

420

5,6·1015

0,95

синий

475

6,3·1015

1,23

зеленый

535

7,1·1015

2,16

tg б = Uзап / н = 1,12 / 1,67·1015 = 0,67·10-15 (В·с)

h = tg б · е = 0,67· 10-15 · 1,6·10-19 = 1,07·10-34 (Дж·с)

Авых ? 4эВ

Погрешности:

?л = 25 нм

?U1 = ?U2 = 10-2 (B)

? h = 0,05·10-34 Дж·с

h = (1,07 + 0,05) ·10-34 Дж·с

Расчет постоянной Планка и работы выхода в виртуальном эксперименте

Таблица 2

Окраска линии

(светодиод)

Длина волны излучения л, нм

Частота, излучения

н= с/л, Гц

Uзап, В

фиолетовый

420

5,6·1015

1,9

синий

475

6,3·1015

1

зеленый

535

7,1·1015

0,8

Фиолетовый светодиод

tg б = Uзап / н = 0,667 / 0,867·1015 = 0,78·10-15 (В·с)

h = tg б · е = 0,78· 10-15 · 1,6·10-19 = 1,2·10-34 (Дж·с)

Авых ? 4эВ

1. Получены результаты постоянной Планка и работы выхода в компьютерном моделировании и в реальном эксперименте;

2. По графику зависимости запирающего напряжения от частоты определена постоянная Планка и работа выхода:

а) в реальном эксперименте: h = (1,07 + 0,05) ·10-34 Дж·с; Авых ? 4эВ

б) в компьютерном моделировании: h = 1,2·10-34 Дж·с; Авых ? 4эВ

Различие полученных расчетных данных от действительного значения постоянной Планка обусловлено погрешностями измерений.

Взаимодействие - излучения с веществом

При движении в веществе - электроны и другие заряженные частицы теряют энергию. Мерой потери энергии заряженной частицы является величина , т.е. убыль энергии dE частицы на единице длины пути dx. Отсюда следует, что тормозное излучение является основным источником потерь энергии для быстрых электронов. Взаимодействие - излучения с веществом характеризуется законом поглощения - лучей от радиоактивного источника:

где N от d удобно представить в полулогарифмических координатах. Логарифмируя это выражение, получим:

Если по оси абсцисс отложить d, а по оси ординат lnN, то получится прямая. Таким образом, построив такой график, можно определить линейный коэффициент поглощения.

Зная коэффициент поглощения, можно определить энергию -частиц Emax (верхняя граница -спектра).

Установка включает в себя источник -излучения, вещество-поглотитель и сцинтилляционный детектор. В реальном эксперименте для иттриево-циркониевого источника получили следующие результаты:

График:

Из эксперимента следует, что для этого источника энергия E = 2,26 + 0,06 Мэв. Та же работа была проделана с помощью компьютерного моделирования. Источником был стронций-90.

Схема виртуальной установки

В виртуальном эксперименте для стронциевого источника получили следующие результаты:

График:

Из эксперимента следует, что для этого источника энергия E = 0,56 + 0,04 Мэв.

Таким образом, сравнение результатов реального эксперимента и компьютерного моделирования позволяет сделать вывод, что во многих случаях, когда создание лабораторной установки сопряжено с некоторыми трудностями, можно заменить такую лабораторную работу виртуальной.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены