專利名稱：光電效應(yīng)演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一個研究光電效應(yīng)的實驗裝置——光電效應(yīng)演示儀。
本實用新型屬電氣測量技術(shù)領(lǐng)域。
本實用新型之前，眾所周知的我國和蘇聯(lián)的教課書仍使用早期研究光電效應(yīng)的實驗裝置，如〔蘇〕Γ·Я·米亞基舍夫等，物理(十年級)，羅珚等譯，文化教育出版社，1981、7，P284。
姚啟鈞，光學(xué)教程，人民教育出版社，1983，P403。
張同恂等，物理(甲種本)，人民教育出版社，1985，P274。
這種早期的裝置，由于條件的限制，存在如下缺點只能定性研究光電效應(yīng)的規(guī)律，不能精確地測定使光電流為零時的臨界截止電壓；利用伏安特性曲線研究光電子的最大初動能及飽和光電流與照射光頻率、光強的關(guān)系誤差較大；磁電式電壓表較難達到預(yù)期的測量精度，而且實驗程序復(fù)雜，不便在較短時間內(nèi)全部實施。
而美國和日本的教科書，雖然采用了現(xiàn)代的光電管或光電倍增管，但對于光電效應(yīng)的研究基本是定性的。如〔美〕U·哈伯——沙姆等，物理(第三冊)，《物理》翻譯組譯，科學(xué)出版社，1987，P763。
〔美〕F·W·SEARS等，大學(xué)物理第四冊，惲瑛等譯，人民教育出版社，1980，6，P186。
〔日〕金原壽郎，基礎(chǔ)物理下卷，郭永江譯。人民教育出版社，1980P238。
上述教科書中的實驗裝置仍屬早期裝置之列。
改進后的實驗裝置(見母國光、戰(zhàn)元齡，光學(xué)，人民教育出版社，1981，4P623)。雖然可以準確測定臨界截止電壓，并且當(dāng)加速電勢差為零，光電流也可能達到飽和值，但還是不能克服根本缺點，解決全部定量測定的問題。
此外，〔日〕池本義夫物理實驗大全(下)原子物理基本操作與儀器器具(徐氏基金會出版，1979，3，第三版，P7－31。鄭伯昆等譯)及中學(xué)物理教師手冊(上海教育出版社，1984，2，第一版)均利用金箔驗電器顯示當(dāng)短波長的光照射金屬板時會產(chǎn)生光電效應(yīng)。對這一現(xiàn)象研究完全是定性的。
本實用新型的任務(wù)是設(shè)計一種新裝置，用較新的方法，實現(xiàn)光電效應(yīng)四條規(guī)律的全部定量驗證。其解決方案是采用現(xiàn)代電氣測量技術(shù)，測定光電子從光電面逸出時的動能和數(shù)目與入射光頻率及光強的定量關(guān)系，其實施方法如下附圖1是電路原理示意圖。
光源1發(fā)出的光透過濾色片2經(jīng)遮光板3中央小孔照射在光電轉(zhuǎn)換器4的光電面上。4由改進后的真空式光電管或光敏三極管組成。在光的照射下，可激發(fā)出光電子。閉合電源開關(guān)9，改變雙鍵滑線式變阻器7的雙鍵P1和P2的相對位置，對4加線性變化的正向或反向電壓可由數(shù)字式電壓表6讀出。
更換光源1或濾色片2用不同的強度的紅外線，各種單色光及紫外線等照射4，使入射光必須大于某一極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)得到證實。且入射光頻率越高，其反向截止電壓越大，使光電子初動能最大值與入射光強度無關(guān)，而只隨入射光頻率直線上升得到驗證。
保持照射光頻率不變，改變1和4間的距離，由于與點光源相距為r垂直于光線的光電面上的入射光強度I反比于r2即有(1)式的關(guān)系I＝ (K)/(r2) (1)因此同一光源改變距離r時，其入射光的強度可以由(1)式得如(2)式的關(guān)系Ir2＝K (2)盡管1不是點光源，光電面有一定的大小，但只要r等于或大于光電面半徑的9倍，可以認為1是點光源，光電面上各處入射光強度相等。利用本裝置有限次地改變距離r，數(shù)字式電流表5記錄下每一次的飽和電流i值，計算ir2。如果每次計算結(jié)果在誤差范圍內(nèi)是相同的，就可以說飽和光電流的大小與入射光強度成正比。
閉合電路開關(guān)10使入射光照射4的同時，脈沖源電路14通過門電路12對計數(shù)顯示電路13輸入信號、計數(shù)顯示電路作計數(shù)顯示。當(dāng)光電流達到穩(wěn)定值的瞬間通過放大電路11輸出信號封閉12，脈沖源信號被隔斷。這時13的顯示數(shù)n即為從光開始照射到光電流達到最大值這段時間內(nèi)輸入脈沖的個數(shù)，而脈沖源頻率f是已知的，則 (n)/(f) 即為光電面發(fā)射光電子的遲延時間。
附圖2是結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明可制成立式，以皮腔為暗箱15，外形似放大機，也可制成臥式用一對套管為15，而光源1或濾色片2的選擇皆可直接轉(zhuǎn)動撥盤16或17。其中1和4間距離可由裝在15外的標尺18直接讀出，底座19可制成中空的棱柱體，其外圍之一側(cè)上端開有5、6、13的窗口，下端固定7、9、10，電源8及11、12、14裝在棱柱體內(nèi)，其整體結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝和操作，工作壽命長。
采用本實用新型可以不受環(huán)境限制在較短時間內(nèi)完成光電效應(yīng)四條規(guī)律的全部定量演示，驗證光電效應(yīng)方程及測定普郎克常數(shù)，在節(jié)省實驗時間和增加定量研究效果方面，以及實驗方法等都優(yōu)于現(xiàn)有裝置和現(xiàn)有技術(shù)。
本實用新型可廣泛應(yīng)用于高等學(xué)校、有關(guān)中等專業(yè)學(xué)校以及高級中學(xué)的教學(xué)及其他物理實驗領(lǐng)域。


1光源、2濾色片、3遮光板、4光電轉(zhuǎn)換器、5數(shù)字式電流表、6數(shù)字式電壓表、7雙鍵滑線式變阻器8直流電源、9電源開關(guān)、10電路開關(guān)、11放大電路、12門電路、13計數(shù)器電路、14脈沖源電路、15暗箱、16光源撥盤、17濾色片撥盤、18標尺、19底座。
權(quán)利要求1.一種光電效應(yīng)演示儀由暗箱15、光電轉(zhuǎn)換器4、光源撥盤16、濾色片撥盤17、標尺18、儀表盤的底座19及其控制電路組成，其特征在于暗箱15由一對呈動配合的套管組成，其固定外套管穿過底座19，其極端固定光電轉(zhuǎn)換器4，其可動內(nèi)套管一端插在固定套管中，另一端固定光源撥盤16，濾色片撥盤17緊靠在光源撥盤16的內(nèi)側(cè)，濾色片撥盤17與光源撥盤16均能橫向旋轉(zhuǎn)，標尺18固定在可動內(nèi)套管上，儀表盤的底座19上設(shè)有數(shù)字式電流表5、數(shù)字式電壓表6、計數(shù)器顯示窗13以及電源開關(guān)9和電路開關(guān)10、雙鍵滑線式變阻器7。
2.按權(quán)利要求1所述的光電效應(yīng)演示儀，其特征在于，控制電路由光電轉(zhuǎn)換器4、數(shù)字式電流表5、數(shù)字式電壓表6、雙鍵滑線式變阻器7、直流電源8、電源開關(guān)9、電路開關(guān)10、放大電路11、門電路12、計數(shù)器電路13、脈沖源電路14組成其中光電轉(zhuǎn)換器4的陽極與數(shù)字式電流表“－”端相接，數(shù)字式電流表“＋”端分別與數(shù)字式電壓表6的“＋”端和雙鍵滑線式變阻器7的滑動觸頭P1相連，另一個滑動觸頭P2分別與數(shù)字式電壓表6“－”端、取樣電阻的一端相連，該取樣電阻的另端分別接光電轉(zhuǎn)換器4的陰極和電路開關(guān)10，雙鍵滑線式變阻器7與直流電源8和電源開關(guān)9構(gòu)成閉合回路，電路開關(guān)10接放大電路11的輸入端，其輸出端與門電路12的輸入端相接，門電路12的輸出端接計數(shù)器電路13的輸入端，門電路的另一端接脈沖源電路14的輸出端。
專利摘要光電效應(yīng)演示儀屬電氣測量技術(shù)領(lǐng)域。其主要解決光電面在不同頻率光的照射下，而激發(fā)出光電子的數(shù)目、初動能的最大值與入射光頻率及強度間的依存關(guān)系。使用本實用新型可定量研究光電效應(yīng)的規(guī)律，驗證愛因斯坦光電效應(yīng)方程、測定普郎克恒量，可用于高等學(xué)校、中等專業(yè)學(xué)校的《量子物理》及高級中學(xué)《物理》的教學(xué)中，也可用于其它物理實驗領(lǐng)域。本實用新型實驗方法簡單、儀器結(jié)構(gòu)合理、緊湊、便于安裝和操作，定量測量精度高。
文檔編號G09B23/24GK2033931SQ87203160
公開日1989年3月8日 申請日期1987年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1987年4月9日
發(fā)明者李濤 申請人:李濤