Порядок измерений и обработки результатов

Рис. 6. Установка и индикаторная панель в процессе регистрации рассеянного излучения

По окончании счёта перекрестие (12) на рис. 6 можно с помощью ЛКМ перетащить (нажать ЛКМ, протащить курсор и отпустить) в место расположения максимума спектра рассеяния (13). При этом индикатор (14) “A = ” покажет значение энергии рассеянного излучения в условных единицах амплитуды зарегистрированных импульсов. Если теперь нажать клавиатурную кнопку “Enter”, то значения угла “q” и энергии “A” окажутся введёнными в 1-й столбец таблицы (15) индикаторной панели анализатора. Эти данные для разных значений угла q придётся несколько раз (5 раз) вводить в процессе выполнения заданий. Значения амплитуды “А” в ходе выполнения заданий нужно будет пересчитать в энергию рассеянных квантов.

Кнопка (16) позволяет выбрать материал анода рентгеновской трубки (у каждого студента в подгруппе свой анод), который устанавливается по указанию преподавателя (или персонала лаборатории) из списка, предлагаемого программой в раскрывающемся окне после нажатия ЛКМ этой кнопки и соответствующего выделения. Переход к выполнению следующего задания происходит при нажатии кнопки (9) “Задание”, после которого оно появляется в текстовом окне. Если весь текст в окне не умещается, то нужно ЛКМ сдвинуть вниз ползунок (17) (нажать и протащить). Кнопка (18) “График” служит для индикации построенного по вашим данным экспериментального графика зависимости E¢(q) (обозначение в программе “hn¢(q)”, что то же самое, что и в тексте описания). График появляется на месте индикаторной панели анализатора и выглядит, как показано на рис. 7 (окно (19)). На нём маленькими кружками отмечены точки теоретической зависимости, а крестами - ведённые в таблицу точки.

Окно (20) на рис. 7 служит для клавиатурного ввода рассчитанных вами значений параметров опыта - ответов на вопросы заданий работы, а кнопка (21) “Ok” – для подтверждения правильности ввода.

Кнопки (22) и (23) служит для перехода в режим контроля и смены контрольных вопросов (при выполнении заданий работы не используются), (24) - предназначена для получения теоретической справки по теме работы, а (25) - для возврата в начало программы во входное окно экранной заставки (рис. 3). При работе со справочными данными имейте в виду, что текстовое окно справки можно развернуть во весь экран так же как это делается при входе в программу с помощью кнопки (1) на рис. 3 (в справочном окне есть такая же кнопка). Пролистывание текста возможно с помощью ползунка, подобного (17) на рис. 6, или в гипертекстовом режиме установкой мышью указателя-стрелки на выделенный фиолетовым цветом текст “(Эффект Комптона)” до изменения вида указателя на “ ” с последующим щелчком ЛКМ.

Рис. 7. Установка и график экспериментальных результатов после завершения выполнения задания 2

Перед началом работы поупражняйтесь в установке режимов работы программы с помощью управляющих клавиш и получении указаний-подсказок, доступных в текстовых окнах и приведенных в настоящем описании.

Для окончательного завершения работы программы из любого места её выполнения нужно нажать ЛКМ клавишу “x” в самом верхнем правом углу экрана монитора. После этого повторный запуск программы выполняется с самого начала, как описано начиная со с. 7.

Порядок измерений и обработки результатов

измерения:

Задание 1. ПОЛУЧЕНИЕ УГЛОВОЙ ЗАВИСИМОСТИ ЭНЕРГИИ РАССЕЯННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

1. познакомьтесь с имитационной моделью и порядком работы с ней. Запустите программу atomic_d и откройте рабочее окно установки (рис. 5).

2. Прочтите полностью текст в окне задания, перемещая по мере прочтения ползунок прокрутки (17) рис. 6.

3. Включите питание установки нажатием кнопки “Старт”. В соответствии с указанием преподавателя (или персонала лаборатории) установите материал анода рентгеновской трубки (каждый студент получает персональное задание!) и проведите 5 (именно пять!) измерений амплитуды рассеянных фотонов (каждый студент для своего материала анода) при пяти различных значениях угла q = 0, 10, 20, 40 и 90°. Данные измерений занесите в электронную таблицу программы (как указано в описании и текстовом окне задания) и в табл. 1 рабочей тетради.

Если работа выполняется подгруппой, состоящей из двух студентов, то один из них выполняет измерения при положительных значениях угла q (детектор смещается вверх), а другой при отрицательных (детектор вниз) значениях.

Задание 2. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬ-НЫХ ДАННЫХ В ХОДЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Нажмите кнопку “Задание” и прочтите текст в окне заданий.

2. Рассчитайте энергию рассеянных фотонов, для чего проведите калибровку установки следующим образом:

- рассчитайте энергию (в кэВ) рассеянных фотонов при 5 использованных углах q = 90° из закона сохранения энергии по формуле E¢(q) = hn¢ = Е₀ - T. Энергию нерассеяного фотона E₀ возьмите из текста в окне задания, T рассчитайте по формуле (5);

- занесите полученные данные (ввод с клавиатуры) в электронную таблицу - в ячейки строки hn¢ так, чтобы она выглядела подобно тому, как показано на рис. 7, и в табл. 1 рабочей тетради.

Экспериментальные данные

Таблица 1

№ изме-рения	Угол рассеяния q, град	Амплитуда импульсов в максимуме A =, имп.	Число импульсов N (показания табло в конце измерения)	Энергия рассеянных фотонов = hn¢, кэВ
	±10
	±20
	±40
	±90

3. Нажмите кнопку “График”, чтобы увидеть полученные вами данные вместе с теоретической зависимостью E¢(q), рассчитанной компьютером. Скорректируйте ваш расчет, если графики теоретической и экспериментальной зависимости сильно различаются.

Задание 3. РЕГИСТРАЦИЯ ТЕКСТОВ ЗАДАНИЙ

1. Последовательно нажимайте кнопку “Задание” и записывайте появляющийся в окне заданий текст (6 заданий) для дальнейшей подготовки отчёта по выполненной работе (последующее выполнение расчётов можно выполнять вне лаборатории).

Занесите числовые значения параметров заданий в табл. 2.

2. Завершите экспериментальную часть работы выходом из программы.

Расчётные задания и результаты расчётов

Таблица 2

Данные заданий (из текстового окна 8 рис.5)	Расчёт	Данные заданий (из рабочего окна програ-ммы – таб.15 рис.6)
Угол рас-сея-ния q, град	Началь-ная энер-гия кван-тов E0, кэВ	Длина волны кванта с энерги-ей E0 , м	Кинети-ческая энергия электро-нов T= , кэВ.	Скорость электро-нов в ед. скорости света,	Dl, в пм (10^-12 м)	Угол между импульсом электрона и падающим излучением (g на рис. 2), град	Угол рассея-ния для расчёта Dl, q, град

Масса электрона m_э = 9.1×10^{-31 кг,} скорость света c =
3×10⁸ м/с

Обработка результатов:

Расчёт:

По данным заданий, занесённых в табл. 2, рассчитайте параметры опыта, заполните их значениями оставшиеся свободными ячейки таблицы 2.

Постройте графики:

- зависимости энергии рассеянного излучения от угла рассеяния - теоретическая и экспериментальная (по вашим данным из табл. 1) зависимость;

- зависимости числа импульсов в максимуме амплитуды рассеяния от угла рассеяния N (q).

Подготовьте отчет по работе с основными результатами (схемы, формулы, таблицы, графики) и выводами.

Контрольные вопросы

1. В чём физическая сущность эффекта Комптона?

2. Почему Комптон-эффект наилучшим образом наблюдается при рассеянии на лёгких элементах?

3. Почему происходит увеличение интенсивности рассеянного излучения (число импульсов N счета в максимуме) с уменьшением атомного номера элемента, а также с уменьшением угла рассеяния q?

4. Получите формулу для комптоновского смещения с использованием законов сохранения энергии и импульса при упругом взаимодействии.

5. Поясните схему опыта по исследованию эффекта Комптона и работу имитационной модели.

6. Зависит ли длина волны рассеянного в эффекте комптона фотона от его энергии?

7. Возможно ли увеличение энергии фотона (уменьшение его длины волны) при комптоновском рассеянии?

Вопросы при защите работы могут включать текстовые задачи, предлагаемые в программе, которые вызываются при её выполнении кнопкой (22) рис. 7.

Дата добавления: 2015-10-21