實驗20-光電管特性測定

大學(xué)物理實驗教案實驗名稱：光電管特性測定1實驗?zāi)康?）掌握光電管的伏安特性和光電特性的測定方法。2）進(jìn)一步理解光電效應(yīng)。2實驗儀器雙路輸出直流穩(wěn)壓電源、微電流測量儀、TH-V型直流數(shù)字電壓表、GD型光電效應(yīng)實驗暗箱3實驗原理光電管的光電效應(yīng)及伏安特性曲線用一定頻率的光照射在金屬（或半導(dǎo)體）表面上時，會有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)，從金屬表面逸出的電子叫做光電子，光電子定向流動形成光電流。本實驗用的光電管是由光敏物質(zhì)做陰極，金屬網(wǎng)做陽極，封閉在玻璃管內(nèi)而成。按照愛因斯坦“光量子”的理論，光電效應(yīng)的實質(zhì)是當(dāng)光子和電子相碰撞時，光子把全部能量傳遞給電子。電子所獲得的能量一部分用來克服金屬表面對它的束縛，其余的能量則成為該光電子逸出金屬表面后的能量。光電方程如下式（1）式中h為普朗克常數(shù)，為光電子頻率，為光子能量，A為金屬的逸出功，為光電子初動能。由式中可知，若光子能量時，則不能產(chǎn)生光電子，剛好能使金屬發(fā)射電子的照射光的最低頻率，稱為該金屬的“紅限”，不同的金屬材料有不同的“紅限”。實驗發(fā)現(xiàn)，照射光的頻率在“紅限”以上，如果照射光越強，發(fā)射光電子數(shù)則越多，光電流也越大。在照射光強度一定情況下，加速電壓增大則光電流也隨著增加。圖38-1是光電管伏安特性曲線。圖38-2是測試伏安特性曲線電路原理圖。曲線（1）、（2）分別表示照射光強度不同的伏安特性曲線，曲線（1）照射光比（2）強，光電流較大。伏安特性曲線可分段解釋，光電流隨著加速電壓增加而增加，到飽和點后，加速電壓增加但光電流不再增加，此時的光電流被稱為飽和光電流IH。當(dāng)加速電壓時仍有光電流，這說明從陰極逸出的電子具有初動能，在沒有加速電壓作用仍有一部分光電子跑向陽極而形成電流。要使光電流為零必須加反向電壓，光電流為零時的反向電壓（負(fù)值）Va稱為截止（遏止）電壓。VVI＋－Va光強較大光強較小數(shù)字電壓表微電流表電源圖38—2光電管伏安特性測量原理圖圖38—1光電管伏安特性曲線（二）光電流和照射光強度的關(guān)系實驗發(fā)現(xiàn)，飽和光電流強度與照射光強度P成正比。要測定光電流和照射光強度的關(guān)系有兩種辦法：一是改變照射光的強度；二是保持照射光的強度不變而改變照射光源與光電管陰極K間的距離。若光源可視為點光源，根據(jù)照射第一定律(A是點光源光線垂直照在物體表面上的照度，P是光源的發(fā)光強度，是被照射面到光源的距離平方)。IIH（nA）0(cm-2)圖38—3光電管光電特性曲線在光源發(fā)光強度P不變（即燈泡工作電壓不變），因而在實驗中測定r和對應(yīng)值，然后以為橫坐標(biāo)，IH為縱坐標(biāo)，便可得出飽和光電流和照度的關(guān)系曲線，即光電特性曲線，如圖38-3所示。4教學(xué)內(nèi)容1．簡要講解實驗原理（光電效應(yīng)現(xiàn)象，光電管的伏安特性和光電特性）。2．介紹有關(guān)儀器及其使用方法（微電流表，電壓表，電源，暗箱），在講解儀器時結(jié)合提問題檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。3．講解實驗操作要領(lǐng)及操作難點。①微電流表，電壓表使用之前要先調(diào)零②接線時注意分清光源電源和加速電壓電源。③按照圖38—2連接電路，并演示如果調(diào)節(jié)加速電壓。④講解如何測定截止電壓。4．檢查學(xué)生實驗狀況及測量結(jié)果，并給出相應(yīng)的評定結(jié)果。5．根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)批改實驗報告并給出成績。5實驗教學(xué)組織及教學(xué)