- •Лабораторная работа 1 Изучение статистических закономерностей в ядерной физике
- •Особенности измерений в ядерной физике, вывод рабочих формул
- •Порядок выполнения работы. Проверка распределения Пуассона.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 2 Снятие характеристики счетчика Гейгера-Мюллера по космическому излучению
- •Общие указания
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лабораторная работа 3 Изучение работы сцинтилляционного детектора
- •Общие указания
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 6 Структурный анализ поликристаллических тел.
- •Основные указания
- •2. Экспериментальное получение рентгенограмм и електронограмм
- •3. Расшифровка рентгенограмм и электронограмм
- •Порядок проведения исследований
- •4.1. Индицирование дифрактограммы
- •4.2.Индицирование электронограммы
- •Лабораторная работа № 7 Изучение температурной зависимости электросопротивление металлов и полупроводников.
- •Основные .Указания
- •2. Приборы и принадлежности, схема опыта
- •Порядок проведения исследований
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 8 Определение работы выхода электронов из металла
- •Описание установки
- •Метод определения работы выхода
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №9 Изучение фотоэффекта определение постоянной планка. Основные положения
- •Задание Изучение внешнего фотоэффекта и определение постоянной Планка
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лабораторная работа №10 Контактные явления в полупроводниках Основные положения
- •Лабораторная работа № 10.1 Исследование явления испускания света полупроводниками
- •Вывод рабочих формул и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лабораторная работа № 10.2 Изучение работы полупроводникового выпрямительного диода
- •Вывод рабочих формул и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лабораторная работа № 10.3. Изучение работы биполярного транзисторе
- •В ывод рабочих формул и описание установки
- •. Условные обозначения транзисторов обоих типов в электрических схемах приведены на рис.10.9. Кружок у транзистора типа означает, что кристалл помешен в корпус.
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лабораторная работа № 11 Снятие кривой намагничивания и петли гистерезиса с помощью осциллографа.
- •Вывод рабочих формул и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Упражнение 2. Снятие петли гистерезиса к определение потерь на перемагничивание
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лабораторная работа №12 Определение точки Кюри
- •Вывод рабочих формул и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лабораторная работа №13 Определение концентрации носителей тока в полупроводниках с помощью эффекта Холла
- •Вывод рабочих формул и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Примерная форма таблицы результатов
- •Вопросы дли самоконтроля
- •Лабораторная работа № 14 Изучение сериальных закономерностей в спектре атома водорода и определение постоянной Ридберга
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лабораторная работа № 15.1 Определение постоянной Стефана-Больцмана
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 15.2 Изучение поглощательной способности серых тел
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы для самоконтроля
Лабораторная работа 1 Изучение статистических закономерностей в ядерной физике
Цель работы: получить экспериментальные распределения случайной величины, сравнить их с теоретическими распределениями Пуассона и Гаусса. Приборы и принадлежности: детектор частиц (счетчик Гейгера), снабженный пересчетным устройством; в качестве источника излучения служит космический фон.
Особенности измерений в ядерной физике, вывод рабочих формул
Отличительной чертой ядерно-физических процессов является дискретность. Практически все величины в ядерной физике (заряд ядра, энергия, момент импульса и др.) не могут быть произвольными, они могут принимать только отдельные, строго определенные значения, следовательно, такими же будут и результаты измерений. Зачастую, кроме того, результат измерения имеет дискретную природу по самому своему смыслу, например, число частиц, зарегистрированных детектором, или число радиоактивных превращений в образце в заданном интервале времени. Тесно связанным со свойством дискретности оказывается вероятностный характер процессов в ядерной физике. Из-за этого во многом меняется и понятие о точности измерений, оценке их погрешностей. Понятие вероятности становится неотъемлемой характеристикой процесса, явления. Это проявляется в том, что численные значения измеряемых величин могут испытывать случайные, непредсказуемые колебания, которые называют флуктуациями. Поэтому не имеет смысла ставить вопрос о строго определенных значениях многих измеряемых величин, но вполне законен вопрос о вероятности получить в результате измерения то или иное значение измеряемой величины. Например, при измерении числа-частиц, зарегистрированных детектором, нельзя сказать, что это число будет иметь строго определенное значение. Но можно говорить о вероятности данного значения. Поэтому обработка результатов измерений требует теперь привлечения основных представлений о вероятностях.
Вероятность можно представить как частоту, с которой данное событие будет происходить при многократном повторении опыта. Предположим, что при измерении числа частиц, зарегистрированных счетчиком за определенное время, получен ряд чисел при многократном (N) включении счетчика. Число А при этом повторилось l(A) раз. В этом случае вероятность появления в измерениях числа А можно оценить следующим образом:
. (1)
Очевидно, что для любой вероятности справедливо соотношение , причем событие с вероятностью , т.е. наблюдается всегда, называется достоверным, а событие с , т.е. не наблюдавшееся ни разу - невозможным.
Пусть счетчик облучается потоком независимо следующих друг за другом частиц. Попадание той или иной частицы в счетчик является случайным событием. Поэтому в течение равных интервалов времени через счетчик может пролететь разное количество частиц. В этих условиях вероятность того, что в течение времени t в счетчик попадет n частиц, дается известной формулой Пуассона:
, (2)
где - среднее число актов срабатывания счетчика за время t.
Можно показать, что в случае распределения Пуассона, абсолютная погрешность .
По мере роста n различие между величинами вероятностей для смежных или близких n оказывается очень малым. Например, легко проверить, что при
В этих условиях вместо вероятности осуществления того или иного числа отсчетов можно пользоваться уже другой величиной, а именно, вероятностью того, что число отсчетов заключено в "бесконечно малом" интервале от n, до . По абсолютной величине интервал , может содержать несколько единиц, однако он мал по сравнению с интересующими нас n, равными по порядку величины среднему числу отсчетов . Тем самым дискретное распределение заменяется непрерывным. Вероятность распределена по закону Гаусса ( ):
(3)
Из распределения Гаусса вытекает следующее: если регистрировать отсчеты счетчика в большом числе равных интервалов времени, то в 68,2% случаев число отсчетов будет отличаться от не более чем на , в 95,4% случаев отличие от будет не более чем на , а в 99,7% случаев число отсчетов будет отличаться от не более чем на .
Изобразить наглядно с помощью привычных графиков распределения Пуассона и Гаусса не удается, т.к. их аргументы не изменяются непрерывно. Для этой цели служит гистограмма, т.е. график в виде ступенчатой линии. Строится он так. Ось аргумента разбивается на отрезки, величина которых равна шагу изменения аргумента распределения. На каждом отрезке строится прямоугольный столбец, высота которого равна численному значению функции распределения в выбранном масштабе (рис. I.I).
Рис. I.I