第28屆全國中學生物理競賽實驗篇

第28屆全國中學物理競實驗篇直流電特性的研究一、題目：得一直流待測電E，開路電壓小2V。X（1利用所給儀器，自組電壓表、并測量待測電E的開路電壓；X（2利用所給儀器，測量待測電的短電流。X二、儀：

評

精心整理復直流待測電源E，六位電阻箱二臺，標稱350姆的滑線變阻器一臺，標稱直流電源X電壓E一臺，準確度等0.5指針1微安直流電流表A一臺，準確度等級指針式多量程直流電流表

A

一臺，準確度等級

1.5

級指針式檢流計

G

一臺，開關、導線若干。三、說：1.待測電具有非線性內阻，不適用U-I曲線外推法測量；X2.測量中需要的電壓表00微安指針式直流電流A和電阻箱自組；3.標稱直流電壓E由兩號干電池、歐姆保護電阻串聯(lián)構成；4.所畫測量電路中的待測電源

E

X

、

直流電壓源

、電流表

A

、電流表

A

需用“+”和“—”標明其正負極性；5.檢流G接線端子上并聯(lián)兩個保護二極管為平衡指示器使用時以不適用串聯(lián)保護電阻。如果測試中需要用檢流斷電流是否0時，應說明檢流G示的判斷方法或者判斷過程。四、要：（7分）利用所給器材、測100微安電流表內阻，并將100微安電流表改裝成表、要求畫出測量內粗的電路圖，簡述測量原理，給出測量結果；

2.00V

量程的電壓2.1（分）畫出測量待測電源驟。

X

的開路電源的電路圖，簡述測量待測電源

X

開路電壓的原理和步2.2（6分）連接電路、測量并記錄必要的數據，標明待測開路電壓的測量值。X3.1分）畫出測量待測電源短路的電路圖，并簡述測量待測電源短路電流的原理和步驟。XX3.27分）連接電路、測量并記錄必要的數據，寫出待測電短路電流的測量值。X光電效的實驗研究得

評

復一、概金屬及其化合物在光照射下發(fā)射電子的現象稱為光電效應。愛因斯坦指出，一束光就是一束以光速運動的粒子流這些粒子就稱為光子頻率為

的光的每一個光子所具有的能量為

hv

它不能在分割而只能整個地被吸收或產生出來根據能量守恒定律當金屬中的電子從入射光中的能量

KK1010101010h精心整理KK1010101010h后，就獲得能量hv，如于該金屬的電子逸出，這個電子就可以從金屬中逸出，叫做光電子，且有：該式成為愛因斯坦光電效應方程出功

是指一個電子脫離金屬表面時所需做的最小功，

m

是光電子從金屬表面逸出時所具有的最大初動能h是普克朗常數。由方程可知，能夠使某種金屬產生光電子的入射光，其最低頻率應由該金屬的逸出功決定，v稱為截止頻率。而照射光的光強是由單位時間到達單位垂直面積的光子數決定的，光強越大，逸出的光電子數越多。利用光電效應原理制成的光電管將能光信號轉化為電信號。光電管的示意圖為：

kA

，其中為陰極，光照后可發(fā)射光電子；為陽極，加正電壓時手機光電子。負電壓時阻止光電流。光電管的主要特性有：1.伏安特性射光的頻率和光強一定時流隨兩極間電壓變化的特性稱為伏安特性。用不同強度的光照射光電管時，克的不同的伏安特性曲線。極間電壓為零時，光電流并不為零光電管加反向電壓一定U時，光電流才為零|U稱為截止電壓。2.光電特性：當照射光的頻率和兩極間電壓一定時，飽和光電流I隨找射光強度變化的特性稱H為光電特性。3.光電管的截止電U與光照頻有關測出不同頻率光照射下光電管的截止電U畫出Uv關系圖，從而根據光電效應方程，可由圖線求出普克朗常h陰極材料的截止頻和逸出功A二、儀用具1.裝在暗盒中的光電管

kA

（附有擋光蓋）一只；2.高壓汞燈

及其電源一套（附有擋光蓋3.濾光片一組（其透射光的中心波分別為365、405、436nm、546nm、5774.光闌一組（直

4mm，5.直流穩(wěn)壓電一個（30V穩(wěn)壓恒流電源，已調至穩(wěn)壓狀態(tài)，顯示6.電位個3W7.專用微電流計

一個及專用電纜線（它是試驗儀中的微電流測量部分，用于測量光電管所產生的光電流，電纜線實際是兩條線用電纜線將實驗儀背面“微電流輸入”與光電管暗盒背面的“”接通時，

就串聯(lián)在電路中，電流量程為、、、、、

10

A

。實驗儀還有一個測量普克朗常數時要用到的明

~

電源及電壓調節(jié)旋鈕，儀器面板見使用說E8.直流電壓表

V

一個（0.5級，

0~30V

9.光具座一個（附有標尺10.刀開關

k

一個；11.

雙刀雙擲換向開關

一個12.線若干三、實題目及要求1.測定光電管的伏安特性（14分）（1畫出實驗電路圖，注明所用儀器符號；

精心整理（2簡述實驗方案（或主要步驟（3連接電路，選nm的濾光片使照射光波436nm單色光，

nm

的光闌固定光強，光源與光電管間的距離調cm改變光電管極間的電U30V選擇電壓表和電流計量程（1圍內選量若干組電U與電流I的值；（4在直角坐標紙上同一坐標系中作UI圖。注：測量時不準用實驗儀內30V電源，必須用所給的直流穩(wěn)壓電源等自組測量電路；實驗儀中的電流測量部分作微分電流計使用。2.用“零電流”法則定普克朗常數h及從圖線上求出截止頻，并計算陰極材料的逸出分）“零電流”法是直接將各譜線光照射下測得的電流為電流為零時對應的電壓截止電U。（1推導測量普克朗常數的實驗公式，簡述實驗原理；

U

的絕對值作為（2光電管用實驗儀的

~

電壓輸出端供電，用專用線連接電路，簡述實驗步驟；（3固定

s30.0，

，電流計量程用0

檔，用不同的濾光片以改變照射光的頻率，在電流I及其兩邊各測兩組共五組數據，以確定各自對應的截止電U值；（4|U圖（5根|U|~v圖得出普克朗常的值（要有計算過程（6根|U圖得出截止頻v，并計算光電陰極材料的逸出。注：這分測量時要用實驗內的~電源電壓表電流計。四、注事項（1使用光電管和汞燈光源的擋光蓋，不要使光電管暴露在強光下；不要用眼睛直視汞燈發(fā)出的光！換光闌和濾光片時，先將汞燈的遮光蓋蓋上?。?防止濾光片及光闌污染或打碎?。?指針式電壓表如接錯位置或正負極，指針反轉會損壞儀表！（4調節(jié)到位后，讀取數據宜迅速！實一考案評標本題共30分1.（7分）利用

100

微安電流表和電阻箱改裝成

2.00V

量程的電壓表，利用所給元件設計該電壓表的效驗電路。要求畫出測量內阻的電路圖、測量原理和結果；自組電壓表的示意圖和元件的數值。內阻測量采用電流半偏轉法路如圖RR為電阻箱Rk歐姆合S開，調節(jié)電阻箱R使1微安電流表滿偏然后閉調使安電流表半偏轉此的阻值為電流表的內阻值。實測值電流表半偏時，2500歐姆。嚴格的說，閉合后，回路總電阻會降低，RG時，回路總電阻減小RG，應該回路總電阻加上補償，即在R上增。此方法稱為：回路總電阻補償的電流半偏法?；芈房傠娮柩a償的電流半偏法實測值R歐姆。改裝后電壓表電路圖為（電流表內阻以實際為準0.06V0.08V

，5，41.623分3.（12分）畫出測量電E短路電流的電路圖，簡述測量電源短路電流的原理和步驟。評分：電路圖評分：（1電路圖合理、正確，3分使用誤差大的方法如：

精心整理a：利用滑線變阻器比例進行計算；b：利E稱值計算；1分（2兩個電源極性均正確，分（3短路電流測量結果14.50.5A14.5mA14.5m0.8mA

，7分，6分，4分，2分少于三位有效數字，扣1分電源結構：一、待測電源

為非線性內阻電源，結構如下：二、標稱

直流電壓源

結構如下：評分標準：電表內阻測量可以采用其它方法：（1電路圖及測量原理合理、正確，分使用誤差大的方法如：a用毫安表檢測

100

毫安電流變化b用

30K

測量微安表內阻c使用

E=3V

標稱值計算內阻d使用滑線變阻器比例阻值比例或阻值計算；各分（2改裝電壓表圖和參數正確，分（有其中之一錯誤，分）（3內阻測量結構；2700100

歐姆，3分27002002700300

歐姆，2分歐姆，1分2（11分）畫出測量待測電源驟。

E

開路電壓的電路圖，簡述測量待測電源

E

的開路電壓的原理和步調節(jié)滑線變阻，當開閉合、斷開時，檢流計表的示值即為測電源EX開路電壓值。（1電路圖合理、正確，3分使用誤差大的方法如：

G

指針不動時（檢流計指示為電壓a：利用滑線變阻器比例進行計算；b：利用（2說明補償原理，1分（3標明兩個電源極性，1分（4開路電壓表測量結果

標稱值計算；1分1.620.04V

，6分

實試二考案評標本題共30分1.測定光電管的伏安特性（14分）1.1實驗電路圖（3分）1.2實驗步驟（3分）①將加擋光蓋的汞燈及光電管安裝在光具座上，使二者的輸出、輸入口正對，scm專用電纜線將光電管與實驗儀的“微電流輸入”連接，接通汞燈及實驗儀預熱；

，用②按電路圖接線。電壓表選

3

檔，在光電管入光孔上

光闌及

436nm

濾光片，選量程最大檔，微電流計調零后開試測，確定0A（10A

）檔測量；③用使光電管加反向電壓，改變電位器R，測U對應的光電I，然后K加正向電壓，應的光電流；④將光闌換2mm，重復③，測UI。1.3數據記錄（5分）

=4mm精心整理=4mm

40.0-3.0-2.0-1.0-0.6

00.61.02.03.04.06.0

8.0-0.1-0.10.6

3.87.413.118.027.533.036.643.0

51.30.0

0.0

0.0

0.81.73.14.37.08.59.310.7

12.70.0

0.0

0.0

0.20.51.01.42.22.93.13.64.311.063.015.85.4

14.073.918.96.3

17.083.521.87.5

20.093.324.58.4

23.0101.826.99.3

26.0109.829.010.0

30.0118.431.410.51.4U~I圖（分）2.測定撲克常數、截止頻率及逸出功（16分）光電效應方程為：

1hv2

A

（1當光電管兩極電壓達到截止電壓時，有：

meU

（2截止頻率的定義為：hv（3）實驗原理由4可知測出不同頻率光照射光電管的截止電U與照射光頻的關系直線，則由直線的斜率K以求出普克朗常，直線與橫軸的截距截止頻v，由式（3可以求出逸出功A。2.2實驗步驟（2分）（1用專用連接線將點光管電壓輸入端與實驗儀電源輸出端連接，使用

~0V；（2選定光闌，

s30.0

。將光電管與實驗儀內的微電流計G用專用電纜線連接然后斷開連接的導線，旋轉“電流調零”妞，使電流指示為零。（或將調零/測量關切換為“調零旋轉“電流調零”鈕，使用電流指示為零（3分別

365405436546nm577的濾光片裝在光電管進光口上，從低到高調節(jié)電壓，測量并記錄光電流為零及兩邊的組數據，確定使光電流為零的截止電U。（4電流計0（0A）檔。2.3數據記錄（5分）30.0

mm-1.2-1.995-1.2-1.682-1.2-1.366-1.2-0.754-1.2-0.661

-1.0-1.978-1.0-1.643-1.0-1.335-1.0-0.750-1.0-0.651

0.0-1.9050.0-1.5480.0-1.2990.0-0.7300.0-0.590

5.0-1.7605.0-1.3545.0-1.2135.00.6845.00.478

10.0-1.70510.0-1.28810.0-1.16810.0-0.63910.0-0.421根據以上數據，得3658.221.905

4057.411.548

4366.881.299

5465.490.730

5775.200.5902.4

Uv

圖（3分）

v精心整理v2.5計算普克朗常h（分）斜率：

K

0.5201.270(8.005.00)3.00

，2.6讀取光電管極陰材料v及計算逸出A（分）U|~v圖線的橫軸截距得，hvJV評分細則：1.1電路圖中不k換向，其他均正確，給分；電壓表位置錯或沒有，扣分；檢流計位置錯或沒有，扣1分；分壓錯，扣分；無分壓，0分。1.2步驟中涵蓋兩項內容，給