CN2033931U

CN2033931U - 光电效应演示仪

Info

Publication number: CN2033931U
Application number: CN 87203160
Authority: CN
Inventors: 李涛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1987-04-09
Publication date: 1989-03-08

Abstract

光电效应演示仪属电气测量技术领域。其主要解决光电面在不同频率光的照射下，而激发出光电子的数目、初动能的最大值与入射光频率及强度间的依存关系。使用本实用新型可定量研究光电效应的规律，验证爱因斯坦光电效应方程、测定普郎克恒量，可用于高等学校、中等专业学校的《量子物理》及高级中学《物理》的教学中，也可用于其它物理实验领域。本实用新型实验方法简单、仪器结构合理、紧凑、便于安装和操作，定量测量精度高。

Description

一个研究光电效应的实验装置——光电效应演示仪。

本实用新型属电气测量技术领域。

本实用新型之前，众所周知的我国和苏联的教课书仍使用早期研究光电效应的实验装置，如：

〔苏〕Γ·Я·米亚基舍夫等，物理（十年级），罗珚等译，文化教育出版社，1981、7，P284。

姚启钧，光学教程，人民教育出版社，1983，P403。

张同恂等，物理（甲种本），人民教育出版社，1985，P274。

这种早期的装置，由于条件的限制，存在如下缺点：

只能定性研究光电效应的规律，不能精确地测定使光电流为零时的临界截止电压；利用伏安特性曲线研究光电子的最大初动能及饱和光电流与照射光频率、光强的关系误差较大；磁电式电压表较难达到预期的测量精度，而且实验程序复杂，不便在较短时间内全部实施。

而美国和日本的教科书，虽然采用了现代的光电管或光电倍增管，但对于光电效应的研究基本是定性的。如：

〔美〕U·哈伯——沙姆等，物理（第三册），《物理》翻译组译，科学出版社，1987，P763。

〔美〕F·W·SEARS等，大学物理第四册，恽瑛等译，人民教育出版社，1980，6，P186。

〔日〕金原寿郎，基础物理下卷，郭永江译。人民教育出版社，1980P238。

上述教科书中的实验装置仍属早期装置之列。

改进后的实验装置（见母国光、战元龄，光学，人民教育出版社，1981，4P623）。虽然可以准确测定临界截止电压，并且当加速电势差为零，光电流也可能达到饱和值，但还是不能克服根本缺点，解决全部定量测定的问题。

此外，〔日〕池本义夫物理实验大全（下）原子物理基本操作与仪器器具（徐氏基金会出版，1979，3，第三版，P7－31。郑伯昆等译）及中学物理教师手册（上海教育出版社，1984，2，第一版）均利用金箔验电器显示当短波长的光照射金属板时会产生光电效应。对这一现象研究完全是定性的。

本实用新型的任务是设计一种新装置，用较新的方法，实现光电效应四条规律的全部定量验证。其解决方案是采用现代电气测量技术，测定光电子从光电面逸出时的动能和数目与入射光频率及光强的定量关系，其实施方法如下：

附图1是电路原理示意图。

光源1发出的光透过滤色片2经遮光板3中央小孔照射在光电转换器4的光电面上。4由改进后的真空式光电管或光敏三极管组成。在光的照射下，可激发出光电子。闭合电源开关9，改变双键滑线式变阻器7的双键P1和P2的相对位置，对4加线性变化的正向或反向电压可由数字式电压表6读出。

更换光源1或滤色片2用不同的强度的红外线，各种单色光及紫外线等照射4，使入射光必须大于某一极限频率才能产生光电效应得到证实。且入射光频率越高，其反向截止电压越大，使光电子初动能最大值与入射光强度无关，而只随入射光频率直线上升得到验证。

保持照射光频率不变，改变1和4间的距离，由于与点光源相距为r垂直于光线的光电面上的入射光强度I反比于r²即有（1）式的关系：

I＝ (K)/(r²) （1）

因此同一光源改变距离r时，其入射光的强度可以由（1）式得如（2）式的关系：

Ir²＝K （2）

尽管1不是点光源，光电面有一定的大小，但只要r等于或大于光电面半径的9倍，可以认为1是点光源，光电面上各处入射光强度相等。利用本装置有限次地改变距离r，数字式电流表5记录下每一次的饱和电流i值，计算ir²。如果每次计算结果在误差范围内是相同的，就可以说饱和光电流的大小与入射光强度成正比。

闭合电路开关10使入射光照射4的同时，脉冲源电路14通过门电路12对计数显示电路13输入信号、计数显示电路作计数显示。当光电流达到稳定值的瞬间通过放大电路11输出信号封闭12，脉冲源信号被隔断。这时13的显示数n即为从光开始照射到光电流达到最大值这段时间内输入脉冲的个数，而脉冲源频率f是已知的，则 (n)/(f) 即为光电面发射光电子的迟延时间。

附图2是结构示意图。

本发明可制成立式，以皮腔为暗箱15，外形似放大机，也可制成卧式用一对套管为15，而光源1或滤色片2的选择皆可直接转动拨盘16或17。其中1和4间距离可由装在15外的标尺18直接读出，底座19可制成中空的棱柱体，其外围之一侧上端开有5、6、13的窗口，下端固定7、9、10，电源8及11、12、14装在棱柱体内，其整体结构紧凑，便于安装和操作，工作寿命长。

采用本实用新型可以不受环境限制在较短时间内完成光电效应四条规律的全部定量演示，验证光电效应方程及测定普郎克常数，在节省实验时间和增加定量研究效果方面，以及实验方法等都优于现有装置和现有技术。

本实用新型可广泛应用于高等学校、有关中等专业学校以及高级中学的教学及其他物理实验领域。

附图说明：

1光源、2滤色片、3遮光板、4光电转换器、5数字式电流表、6数字式电压表、7双键滑线式变阻器 8直流电源、9电源开关、10电路开关、11放大电路、12门电路、13计数器电路、14脉冲源电路、15暗箱、16光源拨盘、17滤色片拨盘、18标尺、19底座。

Claims

1、一种光电效应演示仪由暗箱15、光电转换器4、光源拨盘16、滤色片拨盘17、标尺18、仪表盘的底座19及其控制电路组成，其特征在于：暗箱15由一对呈动配合的套管组成，其固定外套管穿过底座19，其极端固定光电转换器4，其可动内套管一端插在固定套管中，另一端固定光源拨盘16，滤色片拨盘17紧靠在光源拨盘16的内侧，滤色片拨盘17与光源拨盘16均能横向旋转，标尺18固定在可动内套管上，仪表盘的底座19上设有数字式电流表5、数字式电压表6、计数器显示窗13以及电源开关9和电路开关10、双键滑线式变阻器7。

2、按权利要求1所述的光电效应演示仪，其特征在于，控制电路由光电转换器4、数字式电流表5、数字式电压表6、双键滑线式变阻器7、直流电源8、电源开关9、电路开关10、放大电路11、门电路12、计数器电路13、脉冲源电路14组成：其中光电转换器4的阳极与数字式电流表“－”端相接，数字式电流表“＋”端分别与数字式电压表6的“＋”端和双键滑线式变阻器7的滑动触头P1相连，另一个滑动触头P2分别与数字式电压表6“－”端、取样电阻的一端相连，该取样电阻的另端分别接光电转换器4的阴极和电路开关10，双键滑线式变阻器7与直流电源8和电源开关9构成闭合回路，电路开关10接放大电路11的输入端，其输出端与门电路12的输入端相接，门电路12的输出端接计数器电路13的输入端，门电路的另一端接脉冲源电路14的输出端。