实验20光电管特性测定

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1、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

2、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（1）式中h为普朗克常数，为光电子频率，为光子能量，A为金属的逸出功，为光电子初动能。由式中可知，若光子能量时，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，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3

3、8-1是光电管伏安特性曲线。图38-2是测试伏安特性曲线电路原理图。曲线（1）、（2）分别表示照射光强度不同的伏安特性曲线，曲线（1）照射光比（2）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。VI＋　　　　－　Va光强较大光强较

4、小数字电压表微电流表电源图38—2光电管伏安特性测量原理图图38—1光电管伏安特性曲线（二）光电流和照射光强度的关系实验发现，饱和光电流强度与照射光强度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，是被照射面到光源的距离平方)。IH（nA）0(cm-2)图38—3光电管光电特性曲线　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

5、　　　　　　　　在光源发光强度P不变（即灯泡工作电压不变），因而在实验中测定r和对应值，然后以为横坐标，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，如图38-3所示。4教学内容1．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

6、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。1）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。2）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

7、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错误。8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）0.211.83.842.917.047.90.419

8、.84.043.018.048.00.623.44.243.119.048.00.828.44.443.220.048.11.032.94.643.321.048.21.235.14.843.622.048.41.437.45.043.923.048.51.639.56.044.524.048.61.8