对光电效应实验仪器的改进

对光电效应实验仪器的改进 物理实验第2l卷第9期 对光电效应实验仪器的改进 陈兴瑞 (济宁大学机电工程系山东济宁272100) 摘要:在传统光电效应实验仪的基础上,对其结构和光源进行了改进,使该仪器结 构简单,操作使用方便,效 果明显提高 关键词t光电效应;实验仪器;改进 Improvingtheexperimentalinstrumentofphotoelectriceffect CHENXing—rui (JiningUniversity,Jining,Shandong,272100) Abstract:Basedonthetraditionalexperimentalinstrumentofphotoelectriceffect,thestruc — tureandthelightsourcehavebeenimproved,whichmakesthestructureoftheinstrumentsim — ple,theoperationconvenientandtheexperimentaleffectdistinct. Keywords:photoelectriceffect;experimentalinstrument;improvement 1传统的光电效应演示仪的缺点及改进 传统的光电效应演示仪是利用水银灯发出 的多色光经滤色片得到单色光,并照射光电管, 从而产生光电流,放大后的光电流由微安测 量,这种方法所用仪器较多,所选用的光源为频 谱较宽的多色光,操作复杂,得出的实验结论不 够准确.具体问题如下; 1)光源难解决.用弧光作光源很麻烦,用医 用紫外线灯体积大.用伦琴射线代替紫外线时 验电器的指针虽张开一定的角度,并带正电,但 伦琴射线管上带正电,并非是被照锌板的电位 升高造成的,是由于所用感应圈的电压很高(约 50,60kV)的缘故.因而,也不能认为实验是成 功的, 2)空气电离I可题.由于紫外线使空气分子 电离,离子气体因为热运动而复合为中性分子, 往往造成实验不稳定或失败. 3)实验结果不能使验电器的指针张开,只 能使之预先带负电荷,观察到验电器指针偏角 变小至完全闭合,即使这样也会使学生误解,因 为放电也会使验电器指针偏角变小. 基于上原因,对原仪器做以下改进: 1)光源采用石英玻璃壳荧光高压汞灯.去 掉电感器(汞灯镇流器),换用电容器(耐压 500V,电容量约4).用容抗代替感抗,可降 低造价,减小体积. 2)在光源与锌板之间的铜网上,加一300V 高压,这样可消除"电子云",使锌板表面逸出的 电子绝大部分被铜网吸收,有利于实验成功.且 加此高压还有下几个方面的好处: a.操作步骤简单,使用方便,效果明显,造 价低; b.电压可调,且能连续变化; C,当操作者不慎触及高压时,不会有生命 危险. 物理实验第21卷第9期 改进后仪器结构如图1所示 图1改进后的光电效应演示仪结构图 1紫卅线光谭2铜墼舟筒3-锌筒4一绝缘垫块 5光强嗣节电位器6加速电压请节电位器 7电谭开关8高压辅出端钮 2仪器改进原理 光电效应演示仪原理图如图2所示.本仪 器所用紫外线光源为高压汞灯,其频率在紫外 图2光电效应演示仪原理图 线范围内,辐射能量最强的谱线频率为8.219 x10"Hz,大于锌的极限频率8.065×10Hz, 满足光电效应产生的条件.该仪器的最大特点 是将锌板做成圆筒形(故称为锌筒),这样可使 光源发生的紫外线能量绝大部分辐射到锌板 上,使光电效应的效果更加明显.在图2中3表 示锌筒,在锌筒内侧装有一铜丝网筒2,锌筒与 铜丝网筒之间距约3,5ram,且相互绝缘,在它 们之间加一300V静电高压(由高压发生器提 供,锌筒接高压发生器负极,铜丝网筒接正极), 并串联一微安表,则在紫外光照射下,从锌板表 面逸出的光电子被铜丝网不断吸收,形成光电 流. 3使用注意事项 1)实验所用的紫外线灯利用汞蒸气发光, 从启动到正常发光需要5rain左右.另外,灯熄 灭后要等灯管冷却使其内部的汞蒸气凝结后, 才能再次启动,这段时间通常也需5,10rain. 2)实验安装,接线过程必须在切断电源的 情况下进行,切不可带电操作. 3)实验时不得用手或身体其它部位接触锌 筒或铜丝网筒的金属部分. 4)实验时间不宜过长,不能让紫外线直接 照射师生眼睛. 5)高压发生(加速)器可采用14英寸黑白 电视机行输出高压电路制作,也可用J1205型 直流高压电源代替. 4参考文献 1曾贻伟,龚德纯.普通物理实验教程.北京:北京师 范大学出版社,1989 2王惠椽,柴玉瑛等.物理实验.天津:天津大学出版 社,1995 3林抒,龚镇雄.普通物理实验.北京高等教育出版 社,1987 4潘人培.物理实验.南京:南京工学院出版杜,1988 5(法3FranconM等.物理光学实验.清华大学光学 仪器教研室译.北京:机械工业出版社,1983 (2001-03—23收稿,2001—86—28收修改稿)