CN203552534U - 一种采用led光源的光电效应测普朗克常数实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种采用LED光源的光电效应测普朗克常数实验装置。它是在一个遮光箱体内设置八只不同波长的RCLED(谐振腔发光二极管)单色光源，光源发出的光均可耦合到导光纤维中，导光纤维出口设置扩束透镜及准直透镜，后面设置光电管。LED由恒流源驱动，亮度采用PWM调节。可调电压源与光电管并联，微电流测量放大器与光电管串联。依次点亮LED单色光源，测绘出不同单色光照射下光电管的I-V曲线，确定遏止电压，就可计算出普朗克常数。本实用新型采用RCLED作为单色光源，光源单色性能好，波长稳定性高，有利于提高实验精度，LED光源寿命长，实验时不需预热，可以随时点亮或关闭，亮度调节方便。

Description

一种采用LED光源的光电效应测普朗克常数实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种大学物理实验装置，具体是涉及一种光电效应测普朗克常数实验装置。

背景技术

光电效应是指在一定频率的光照射下，电子从金属表面溢出的现象，这种电子称为光电子。光电效应的发现对光的本性即波粒二象性的认识，具有极为重要的意义，它给量子论以直观、明确的论证。普朗克常数是物理学中一个很重要的基本常数，它可以通过光电效应实验简单而有效地测出，所以光电效应实验有助于学生学习和理解量子理论。而且随着科学技术的发展，光电效应已经广泛应用于工农业生产、国防等许多领域。因此，光电效应测普朗克常数实验就成为大学物理实验中一个非常经典的实验项目。目前大学物理实验中，光电效应测普朗克常数实验多采用高压汞灯作为光源，通过滤色片获得五种不同波长即365nm、405nm、436nm、546nm、577nm的单色光，测绘出不同单色光照射下光电管的I-V曲线，然后通过“拐点法”或“零点法”确定光电管的遏止电压，进而根据单色光频率与遏止电压之间的关系即可得到普朗克常数。这种装置采用高压汞灯作为光源存在以下不足：

其一，高压汞灯的驱动电源比较复杂，稳定性要求也比较高，容易损坏。而且必须预热20分钟以上才能正常工作，一旦关闭不能立即点亮，否则灯管非常容易烧坏。

其二，高压汞灯亮度不易调节，实验中只能通过改变光源与光电管之间的距离来调节入射光的强度。

其三，采用滤色片获得的单色光单色性不好，并且只有五种单色光。

其四，实验中要不断更换滤色片，一不小心就会将滤色片摔坏。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提出一种采用LED光源的光电效应测普朗克常数实验装置，该装置采用RCLED(谐振腔发光二极管)作为单色光源，该光源单色性能好，波长稳定性高，寿命长，驱动简单，不需预热，采用PWM方式调节亮度准确方便。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在一个遮光箱体内设置八只不同波长的LED单色光源，LED光源发出的光均可耦合到导光纤维中，导光纤维出口处设置扩束透镜及准直透镜，后面设置光电管。LED光源通过接口与电源控制器相连，LED光源由恒流源驱动，通过恒流源电流调节旋钮可以调节电流大小，并可在电流显示屏上显示出来，光源的亮度采用PWM(脉冲宽度调制)调节，因为这种方式效率更高，电流控制也更精准，而且不会产生任何色谱偏移。电源控制器上设置八个开关控制按键，分别控制八只不同波长的LED单色光源的开关。可调电压源与光电管并联，通过旋钮可以调节光电管两端的电压大小，并可通过电压显示屏显示出来。微电流测量放大器与光电管串联，用来测量其中的电流，并可通过电流显示屏显示出来。通过电源控制器上的光源开关控制按键，依次点亮八只不同波长的LED单色光源，调节恒流源输出合适的电流，调节PWM调光控制调节旋钮使入射光亮度合适，单色光经导光纤维输出，经扩束透镜及准直透镜，变成平行光，入射到光电管上，通过可调电压源改变光电管两端的电压大小，通过微电流测量放大器测出光电管中对应的电流，测绘出不同单色光照射下光电管的I-V曲线，然后通过“拐点法”或“零点法”确定光电管的遏止电压，最后就可计算出普朗克常数。

本实用新型的有益效果是，采用RCLED作为单色光源，光源单色性能好并且波长稳定性高，有利于提高实验精度，LED光源寿命长，驱动简单，实验时不需预热，可以随时点亮或关闭，并且亮度调节方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图是本实用新型的结构示意图。

图中1.LED光源一，2.LED光源二，3.LED光源三，4.LED光源四，5.导光纤维，6.扩束透镜，7.准直透镜，8.光电管，9.LED光源五，10.LED光源六，11.LED光源七，12.LED光源八，13.LED光源与电源控制器接口一，14.LED光源与电源控制器接口二，15.恒流源电流显示屏，16.恒流源电流调节旋钮，17.LED光源PWM调光控制调节旋钮，18.LED光源与电源控制器接口三，19.LED光源与电源控制器接口四，20.LED光源一开关控制按键，21.LED光源二开关控制按键，22.LED光源三开关控制按键，23.LED光源四开关控制按键，24.LED光源五开关控制按键，25.LED光源六开关控制按键，26.LED光源七开关控制按键，27.LED光源八开关控制按键，28.光电管与可调电压源接口一，29.光电管与可调电压源接口二，30.光电管与微电流测量放大器接口一，31.光电管与微电流测量放大器接口二，32.可调电压源电压显示屏，33.可调电压源电压调节旋钮，34.微电流测量放大器电流显示屏，35.遮光箱体。

具体实施方式

图中，在一个遮光箱体35内设置八只不同波长的LED单色光源，分别为LED光源一1，LED光源二2，LED光源三3，LED光源四4，LED光源五9，LED光源六10，LED光源七11，LED光源八12，LED光源发出的光均可耦合到导光纤维5中，导光纤维5出口处设置扩束透镜6及准直透镜7，后面设置光电管8。光源通过接口，分别是LED光源与电源控制器接口一13，LED光源与电源控制器接口二14，LED光源与电源控制器接口三18，LED光源与电源控制器接口四19，与电源控制器相连，LED光源由恒流源驱动，通过恒流源电流调节旋钮16可以调节电流大小，并可在恒流源电流显示屏15上显示出来，光源的亮度可以通过LED光源PWM调光控制调节旋钮17来调节。电源控制器上设置八个开关控制按键，分别为LED光源一开关控制按键20，LED光源二开关控制按键21，LED光源三开关控制按键22，LED光源四开关控制按键23，LED光源五开关控制按键24，LED光源六开关控制按键25，LED光源七开关控制按键26，LED光源八开关控制按键27，分别控制八只不同波长的LED单色光源的开关。可调电压源通过接口，分别是光电管与可调电压源接口一28，光电管与可调电压源接口二29，与光电管8并联，通过可调电压源电压调节旋钮33可以调节光电管8两端的电压大小，并可通过可调电压源电压显示屏32显示出来。微电流测量放大器通过接口，分别是光电管与微电流测量放大器接口一30，光电管与微电流测量放大器接口二31，与光电管8串联，用来测量其中的电流，并可通过微电流测量放大器电流显示屏34显示出来。

具体实验操作步骤为：

(1)通过电源控制器上的光源开关控制按键点亮一只LED单色光源，比如通过LED光源一开关控制按键20点亮LED光源一1，通过恒流源电流调节旋钮16调节恒流源输出合适的电流，通过LED光源PWM调光控制调节旋钮17使入射光亮度合适。

(2)调节扩束透镜6及准直透镜7使导光纤维5输出的单色光成为平行光，照射到光电管8上。

(3)通过可调电压源电压调节旋钮33调节光电管8两端的电压大小，通过微电流测量放大器测出光电管8中对应的电流。

(4)测绘出该单色光照射下光电管8的I-V曲线，然后通过“拐点法”或“零点法”确定光电管的遏止电压Us。

(5)同样，测出其他七只不同波长的LED单色光源照射下光电管8的I-V曲线，确定光电管8对应的遏止电压。

(6)根据测得的八种不同波长单色光的频率与遏止电压，通过作图法做出U_s～v关系曲线，应为一条直线，求出直线斜率k，也可以通过最小二乘法利用公式求出该斜率k，代入公式h=ke，e=1.602×10^-19C，即可求出普朗克常数h，

并可与普朗克常数h的公认值h=6.626×10^-34J·s比较，求出相对误差。

以上对本实用新型的结构进行了阐述，但是本实用新型所介绍的实施例并没有限制的意图，在不背离本实用新型主旨的范围内，本实用新型可有多种变化和修改。

Claims (4)

1.一种采用LED光源的光电效应测普朗克常数实验装置，包括一个遮光箱体，箱体内设置LED单色光源，LED光源发出的光均可耦合到导光纤维中，导光纤维出口处设置扩束透镜及准直透镜，后面设置光电管，其特征是：LED单色光源采用RCLED(谐振腔发光二极管)单色光源，这种光源单色性能好，波长稳定性高。

2.根据权利要求1所述的采用LED光源的光电效应测普朗克常数实验装置，其特征是：箱体内设置的RCLED(谐振腔发光二极管)单色光源数目为八只。

3.根据权利要求1所述的采用LED光源的光电效应测普朗克常数实验装置，其特征是：LED光源通过接口与电源控制器相连，LED光源由恒流源驱动，通过恒流源电流调节旋钮可以调节电流大小，并可在电流显示屏上显示出来。

4.根据权利要求1所述的采用LED光源的光电效应测普朗克常数实验装置，其特征是：LED光源的亮度采用PWM(脉冲宽度调制)调节，因为这种方式效率更高，电流控制也更精准，而且不会产生任何色谱偏移。

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