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1、光电管特性的研究,大学物理实验,一、实验目的,1、了解光电效应实验的基本规律和光的量子性。,2、测定光电管的伏安特性，研究光电流强度与加在光电管两极间电压的关系。,难点：最小二乘法处理数据,重点：通过光电管的伏安特性和光电特性，掌握光电效应的实验原理,3、测定光电管的光电特性，研究光电流强度与照在光电管阴极上光通量的关系。,二、实验原理,按照光子理论，光电效应是光子与电子碰撞，光子把全部能量（）传给电子，电子获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的束缚，另一部分成为该电子（光电子）逸出金属表面后的动能。根据能量守恒有,二、实验原理,（一）光电流与加速电压的关系,保持光源与光电管的距离一定，如果
2、阳极为高电势，则电子将加速飞向阳极，光电流随两极间的加速电压改变而改变。,二、实验原理,（二）光电流与阴极表面光通量的关系,设光电管的阴极面积为，阴极与发光强度为 的点光源间的距离为，由光度学理论可知，点光源到达的光通量为,验证了光电流与入射光光通量的线性关系。,三、实验仪器,暗匣（内装光电管及小灯泡及米尺）；光电效应实验仪（包括稳压电源、可调稳压电源、位数子电压表和电流表）。,光电效应实验仪,暗匣,小灯泡,光电管,标尺,光电效应实验仪,四、实验内容,1、正确连接线路 按下图接好线路，使光电管阳极为高电势，检查正负极插线无误后，打开光电效应仪的电源开关，并预热10分钟。,注意旋至最小！,四、实
3、验内容,2、测光电管的伏安特性,(1)测量前先测出小灯泡与光电管阴极间的初始间距r0，并记录。,阴极,光源发光点,四、实验内容,2、测光电管的伏安特性,(2)研究光电管正向伏安特性。,r1=5.00cm,四、实验内容,2、测光电管的伏安特性,(2)研究光电管正向伏安特性。,光电管电压,光源电流,光电流,四、实验内容,2、测光电管的伏安特性,(2)研究光电管正向伏安特性。,光电管电压,光源电流,光电流,四、实验内容,2、测光电管的伏安特性,(3)测临界截止电压。,截止电压,光电流,注意这里！,四、实验内容,2、测光电管的伏安特性,(4)研究光电管在不同光强照射下的伏安特性，采用两种方法:改变光源
4、电流和改变光源到光电管阴极的距离。,改变光源电流降低10mA,四、实验内容,2、测光电管的伏安特性,(4)研究光电管在不同光强照射下的伏安特性，采用两种方法:改变光源电流和改变光源到光电管阴极的距离。,改变距离,r2=7cm,四、实验内容,3、测光电管的光电特性,(1)根据光电管伏安特性的实验结果，在产生饱和光电流的电压区域中取一电压值（注意不要取拐点，取饱和区域中间点），加在光电管的两极上并保持不变。,饱和电压,光源电流,光电流,四、实验内容,3、测光电管的光电特性,(2)将光源放在离光电管较近的位置，通过拖动暗箱滑板，使光电管阴极逐渐远离光电管，记下暗箱滑板读数（每次改变0.5cm或1.0
5、cm）及对应的饱和光电流值。至少测读组数据。,改变距离,四、实验内容,4、描点画图,用所测数据描点画出伏安特性曲线和光电特性曲线（光电特性曲线需用最小二乘法拟合）。,光电管伏安特性曲线,四、实验内容,5、数据处理,最小二乘法,设有直线方程，根据所测数据用最小二乘法求出该直线的斜率b、截距a以及相关系数，由拟合的方程在坐标纸上绘制光电管的 曲线，并作曲线分析。,五、实验注意事项,1、实验仪器在打开后要预热10分钟。2、光源电流不得超过400mA，光源电流过大，容易烧坏灯泡。3、在研究光电特性中，选取饱和光电流的电压值最好不要选取拐点，因为拐点不稳定，一般选取饱和区域中间值，以确保能够获得饱和光电
6、流。4、开启关闭实验仪器时，将电压旋钮和光源电流都应顺时针调至最小，以免启动仪器时，电流过大烧坏灯泡！,六、思考题,1、用所学过的知识解释本次实验所测得的曲线。2、研究光电管的光电特性时，如果加在光电管两极的电压不是产生饱和光电流的电压值，对实验结果有无影响？3、分析实验误差产生的原因，实验中如何减少误差？你有何建议？,七、光电效应在近代技术中的应用,如：光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等.,1、光电管 利用饱和电流与照射光强的线性关系，实现光信号和电信号之间的转换。,光电倍增管,2、光电倍增管 光电倍增管可使光电阴极发出的光电子增至 倍，在探测弱光方面得到广泛的应用。,3、光电成像器件 光电导摄像管等，可以将辐射图像转换成或增强为可观察、记录、传输、存储和进行处理的图像，广泛地应用于天文学、空间科学、电视等领域。,
