年,英国物理学家牛顿发现,太阳光经过三棱镜后分裂成彩色光带──红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。年,英国音乐家威廉?赫歇尔在用水银温度计研究太阳光谱的热效应时,发现热效应最显著的部位不在彩色光带内,而在红光之外。因此,他认为在红光之外存在一种不可见光。后来的实验证明,这种不可见光与可见光具有相同的物理性质,遵守相同的规律,所不同的只是一个物理参数──波长。这种不可见光称为红外辐射,又称红外光、红外线。下图为赫歇尔图。
我们将使用幻灯机和棱镜重复赫歇尔的实验,以制作光谱。使用一个微小的热敏电阻来感测温度。随着温度的变化,当我们将其移动通过光谱的颜色时,热敏电阻随着温度的变化将会导致DrDAQ测量的电压变化。
所需设备:DrDAQ数据记录仪、一个幻灯机、一个35毫米的幻灯片与铝箔狭缝做一条光线、玻璃棱镜(60°、60°、60°规格)、热敏电阻、27KΩ电阻器,能够移动热敏电阻的机械。
实验设置:
1.从投影机上取下吸热玻璃。打开一个塑料35毫米的幻灯片,并切割两条约40x12毫米的铝箔。将其固定在开口处,在24x36mm孔径的中间留下1.5到2mm的间隙。重新组装滑块并插入投影机的水平狭缝。投影机应设置在水平位置,镜头中心距桌面上方至毫米。
2.应放置在投影机镜头中心的高度,以便获得最佳的光谱。棱镜在每一端应有一个方便调整角度的圆形旋钮。
3.将柔性绝缘电线焊接到热敏电阻,将热敏电阻电线连接到DrDAQ端子DO和V。
4.将27kΩ电阻连接到V和Gnd。(不要将热敏电阻连接到DO和Gnd,否则电阻将立即被损坏。)
设置投影机和棱镜后,打开灯泡并调整棱镜的倾斜度,以获得最佳光谱。尽可能地聚焦在靠近的位置,这将有助于向前移动投影机镜头,不需要在热敏电阻平面上的狭缝的尖锐焦点。使用垂直和平行于投影机镜头轴的卡片,以便光谱在卡片上扫描。
进行实验:
1.打开Picoscope设置时基50s/divx1、设置通道跟踪A,通道伏特,范围伏特,乘数x10
2.启动仪表:查看新仪表设置参数通道,电压功能,直流信号
3.运行Picoscope并调整刻度,使轨迹靠近屏幕底部。
4.当热敏电阻移动通过光谱时,观察示波器走线。
5.随着热敏电阻到达每种颜色的中心,红色,橙色,黄色,绿色,蓝色,紫色,记下时间秒。
6.打印图表。使用您记录的时间从PicoScope图表上的运行时间中减去这些时间,并绘制垂直线以表示色谱中的颜色位置,并用适当的颜色标记或着色区域。
问题和讨论结果
1.电压(温度)最高的地方在哪里?
2.光谱的紫色之外是否有热量?
3.查看你的图表。如果您发现温度超出了光谱红色的最高点,您将重新发现红外辐射。
进一步研究:继续尝试其他来源的加热效果,一个油灯,一个黑色的铸铁炉等。赫歇尔证明,红外线能够以与可见光相同的方式聚焦在一个透镜上。他也尝试了使用不同颜色的镜片进行试验,发现有些放热通过了却没有光线。弱将投影机的吸热玻璃放回光路。那么热量在哪里?
下一期:家庭小实验——用录音机测量声音的速度。
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