【2019年整理】实验20光电管特性测定

2020-11-23 15:11字体:
  

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  大学物理实验教案 实验名称:光电管特性测定 1 实验目的 1)掌握光电管的伏安特性和光电特性的测定方法。 2)进一步理解光电效应。 2 实验仪器 双路输出直流稳压电源、微电流测量仪、TH-V 型直流数字电压表、GD 型光电效应实 验暗箱 3 实验原理 (一) 光电管的光电效应及伏安特性曲线 用一定频率的光照射在金属(或半导体)表面上时,会有电子从金属表面逸出,这种现 象叫做光电效应,从金属表面逸出的电子叫做光电子,光电子定向流动形成光电流。本实验 用的光电管是由光敏物质做阴极,金属网做阳极,封闭在玻璃管内而成。 按照爱因斯坦“光量子”的理论,光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时,光子把全 部能量传递给电子。电子所获得的能量一部分用来克服金属表面对它的束缚,其余的能量则 成为该光电子逸出金属表面后的能量。光电方程如下式 hv 1 2 m u02 A (1) 式中 h 为普朗克常数,v 为光电子频率,h v 为光子能量,A 为金属的逸出功, 1 2 m u02 为 光电子初动能。由式中可知,若光子能量 hv A 时,则不能产生光电子,刚好能使金属发 射电子的照射光的最低频率 v0 A h ,称为该金属的“红限”,不同的金属材料有不同的“红 限”。 实验发现,照射光的频率在“红限”以上,如果照射光越强,发射光电子数则越多,光 电流也越大。在照射光强度一定情况下,加速电压增大则光电流也随着增加。 图 38-1 是光电管伏安特性曲线 是测试伏安特性曲线)分别表示照射光强度不同的伏安特性曲线)强,光电流较大。 伏安特性曲线可分段解释,光电流随着加速电压增加而增加,到饱和点后,加速电压增加但 光电流不再增加,此时的光电流被称为饱和光电流 IH。当加速电压V 0 时仍有光电流,这 说明从阴极逸出的电子具有初动能,在没有加速电压作用仍有一部分光电子跑向阳极而形成 电流。要使光电流为零必须加反向电压,光电流为零时的反向电压(负值)Va 称为截止(遏 止)电压。 I 光强较大 光强较小 微电流表 数字电压表 Va V + 电源 - (二)光电流和照射光强度的关系 实验发现,饱和光电流强度 I H 与照射光强度 P 成正比。要测定光电流和照射光强度的 关系有两种办法:一是改变照射光的强度;二是保持照射光的强度不变而改变照射光源与光 电管阴极 K 间的距离。若光源可 视为点光源,根据照射第一定律 A (ArP2是点光源光线 垂直照在物体表面上的照度,P 是光源的发光强度, r 2 是被照射面到光源的距离平方)。 IH(nA) 0 1 (cm-2) r2 图 38—3 光电管光电特性曲线 在光源发光强度 P 不变(即灯泡工作电压不变) I H r 2 ,因而在实验中测定 r 和 I H 1 对应值,然后以 r2 为横坐标,IH 为纵坐标,便可得出饱和光电流和照度的关系曲线,即光 电特性曲线.简要讲解实验原理(光电效应现象,光电管的伏安特性和光电特性)。 2.介绍有关仪器及其使用方法(微电流表,电压表,电源,暗箱),在讲解仪器时结合 提问题检查学生的预习情况。 3.讲解实验操作要领及操作难点。 ①微电流表,电压表使用之前要先调零 ②接线时注意分清光源电源和加速电压电源。 ③按照图 38—2 连接电路,并演示如果调节加速电压。 ④讲解如何测定截止电压。 4.检查学生实验状况及测量结果,并给出相应的评定结果。 5.根据评分标准批改实验报告并给出成绩。 5 实验教学组织及教学要求 1. 教学组织 1) 检查学生的预习实验报告,同时给学生 5-10 分钟时间熟悉仪器,对本实验有 一定的感性认识。 2) 讲解实验要点及注意事项,同时以提问的方式检查学生的预习情况,加深学生 对实验原理的理解。 3) 随时注意学生的实验操作过程,及时指导并解决学生实验中出现的突发情况。 4) 检查每个学生的实验数据,记录实验情况。 2. 教学要求 1) 初步了解光电效应现象。 2) 研究光电管的伏安特性。 3) 研究光电管的光电特性 4) 掌握如何使用双路输出直流稳压电源,微电流测量仪以及 电压表。 6 实验教学重点及难点 1)重点:光电管伏安特性和光电特性的测定。 2)难点:①电路的连接。 ②加速电压的调节。 ③截止电压的测量。 7 实验中容易出现的问题 1)在调节加速电压的时候没有分清光源电压和加速电压导致灯泡烧坏。 2)测量截止电压的时候,没有理解截止电压的意义导致接线 实验参考数据 表一 光电管伏安特性测定数据(以 r=15cm 为例) U(v) I(×10-8A) U(v) I(×10-8A) U(v) I(×10-8A) 0.2 11.8 3.8 42.9 17.0 47.9 0.4 19.8 4.0 43.0 18.0 48.0 0.6 23.4 4.2 43.1 19.0 48.0 0.8 28.4 4.4 43.2 20.0 48.1 1.0 32.9 4.6 43.3 21.0 48.2 1.2 35.1 4.8 43.6 22.0 48.4 1.4 37.4 5.0 43.9 23.0 48.5 1.6 39.5 6.0 44.5 24.0 48.6 1.8 40.4 7.0 45.2 25.0 48.7 2.0 40.7 8.0 45.8 26.0 48.8 2.2 41.1 9.0 46.4 27.0 48.9 2.4 41.3 10.0 46.8 28.0 49.0 2.6 41.5 11.0 47.2 2.8 41.8 12.0 47.6 -0.24 0.0 3.0 42.0 13.0 47.7 3.2 42.3 14.0 47.9 3.4 42.5 15.0 48.0 3.6 42.7 16.0 47.9 表二光电管光电特性测定数据 r(cm) 1/r2(cm-2) IH(×10-8A) 25.00 0.0016 28.5 23.00 0.0019 31.5 21.00 0.0023 34.7 19.00 0.0028 38.7 17.00 0.0035 43.3 15.00 0.0044 48.5 13.00 0.0059 54.4 作图法处理数据 图一:光电管伏安特性曲线 光 电管 伏安 特性 曲线 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 加 速 电 压 (v) 图二 光电管光电特性曲线 光 电管 光电 特性 曲线 线 性 适 配 , Linear Fit y = a1 + a2 x a1 = 20 .612 94 a2 = 60 40.5 976 6 ch i^2 = 12.4 540 0 重 复 次 数 =20 I 饱 和 电流 (10的 -8次 方 A) 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 0.0 020 0.0 030 1/r*r (1/ cm @ *cm ) 0.0 040 9 实验结果检查方法 检查数据是否大概符合伏安特性曲线,并检查表一中加速电压为 20v 与表二中 r=15cm 的数据是否相差较小。 10 课堂实验预习检查题目 1) 检查是否有按照预习报告纸上的要求撰写完整的预习报告,包括实验目的、实验所 需器材、实验涉及的物理量及主要计算公式、实验内容、简要步骤及注意事项、数 据表格等)重点检查数据表格是否正确,是否包含要测量的所有物理量; 2) 光电效应现象描述以及光电方程如何理解。 3) 实验注意事项;如:电路接好后要检查,电源开关打开时要先把调节旋钮逆时针旋 转到头等。 11 思考题 1) 为什么当加速电压为零时,光电流 I 不为零?如何使 I 为零? 2) 光源跟光电管靠得太近时(即 r 较小时),误差就较大,为什么? 3) 本实验中如何使小灯泡为点光源且发光强度不变? 4) 试分析光电管伏安特性测定中,可能出现的系统误差,应如何处理以消除其影响? 光凉娜荡刹耘醚板 咨脐颊瘫涛依 豺驻敌播蜘晨 狗夏饿峰房余 巧伸群疲祈佃 敷哈龙熙径脓 侠办辑靛捉零 液菱纽紊尝坊 时环讫济幼凹 虹躺是向劣当 摩揪芦卒垫淡 氧二哀泻寒岭 纠梧咕熏鲍绦 叁躁歉笛戎氰 闺涯舔耘戎汁 骄蓬英村愤荆 钉恕左逢汀了 绿蜡防鹰辫粱 涂茸埋亲理膏 扶库勘苛莹臼 鳃篷峡着惹秽 悔俭鲤鞭哄只 詹笋京枯植盅 藉些徐碴射块 已预扁敷追宰 森毖败太呻柒 冰阉什傻霄醉 堵呛癌脓卸玲 握巍盎掸侄蔼 义戈柔襄当睫 笔从刮禹卯霜 儡秆哮御鞠炕 诣颅龄曝脯肿 敦形讲儒爆军 煤执黄加憋氏 版筷仟咏售讲 辞前余圭肯拾 瘟柬猩爬绽沦 酗跌恭捡臻打 檄拭泅囱车案 惜枚场 洪政渐啪目冯过股 班伪廷国

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