光电效应实验.doc

1、17实 验 二 光 电 效 应 实 验【 预 习 重 点 】1、 了 解 前 人 研 究 光 电 效 应 进 程 中 的 思 维 精 华 。2、 体 会 数 值 微 商 法 的 应 用 意 图 ， 弄 清 怎 样 计 算 ， 怎 样 作 图 。3、 复 习 直 线 拟 合 ； 了 解 曲 线 族 的 应 用 。【 实 验 目 的 】本 实 验 令 不 同 频 率 的 单 色 光 依 次 入 射 同 一 光 电 管 ， 测 绘 伏 安 特 性 曲 线 族 ， 用 数 值微 商 法 确 定 不 同 光 频 的 遏 止 电 势 差 ， 经 曲 线 族 变 换 获 得 遏 止 电 势 差 光 频 曲

2、线 ，以 此 验 证 爱 因 斯 坦 方 程 并 求 普 朗 克 常 数 。【 学 史 背 景 】光 电 效 应 作 为 信 号 转 换 的 一 种 重 要 方 式 ， 已 制 成 光 电 管 、 光 电 倍 增 管 等 器 中 ， 广泛 地 应 用 在 工 农 业 生 产 、 科 教 文 卫 和 国 防 建 设 众 多 领 域 中 。 但 这 绝 不 是 光 电 效 应 的 全部 价 值 。 更 重 要 的 是 发 现 光 电 效 应 的 过 程 本 身 ， 它 曾 经 把 人 类 认 识 自 然 的 能 力 提 升 到一 个 崭 新 高 度 ， 有 力 地 推 动 了 近 代 物 理 学

3、的 创 立 和 发 展 。19 世 纪 末 ， 理 论 物 理 学 者 普 朗 克 （ Max Karl Ernst Ludwig Planck, 18581947） 在 前 人 的 基 础 上 研 究 黑 体 辐 射 。 1900 年 12 月 14 日 ， 他 在 德 国 物 理 学 会 例 会上 宣 读 论 文 关 于 正 常 光 谱 的 能 量 分 布 定 律 ， 公 然 挑 战 有 史 以 来 默 认 物 理 量 可 以 连续 变 化 的 常 规 ， 提 出 石 破 天 惊 的 能 量 量 子 化 假 设 ， 拉 开 人 类 揭 示 微 观 世 界 跳 跃 式 变化 规 律 的 序

4、幕 。 以 其 姓 氏 命 名 的 普 朗 克 常 数 ， 连 同 1900 年 12 月 14 日 这 个 非 凡 的日 子 一 起 载 入 量 子 论 创 立 发 展 史 册 ， 普 朗 克 本 人 荣 膺 1918 年 度 诺 贝 尔 物 理 奖 。普 朗 克 量 子 假 说 最 初 并 未 引 起 太 多 注 意 ， 充 其 量 被 当 作 局 限 于 个 别 问 题 侥 幸 成 功的 一 个 经 验 公 式 。 首 先 意 识 到 深 刻 内 涵 并 推 动 量 子 论 发 展 的 人 是 青 年 学 者 爱 因 斯 坦（ Albert Einstein, 18791955） 。 爱

5、 因 斯 坦 1905 年 在 关 于 光 的 产 生 和 转 化 的 一 个 试探 性 观 点 一 文 中 高 屋 建 瓴 ， 把 普 朗 克 量 子 假 说 推 广 到 光 辐 射 ， 发 展 为 光 量 子 （ 光子 ） 概 念 ， 精 辟 解 释 了 此 前 已 由 赫 兹 、 勒 纳 德 等 人 研 究 发 现 的 光 电 效 应 奇 特 现 象 。 当时 ， 包 括 普 朗 克 本 人 在 内 的 许 多 物 理 学 家 都 认 为 爱 因 斯 坦 走 得 太 远 ， 太 过 分 了 。 实 验物 理 学 者 密 立 根 （ Robert Andrews Millikan, 186

6、81953） 抱 着 否 定 态 度 开 展 了 杰 出的 试 验 研 究 ， 他 甚 至 把 旋 转 式 微 型 剃 刀 装 进 真 空 光 电 管 中 ， 以 便 随 时 清 除 电 极 表 面 的氧 化 膜 。 密 立 根 1916 年 发 表 的 实 验 结 果 把 赞 成 票 转 而 投 向 爱 因 斯 坦 。 爱 因 斯 坦 和 密立 根 分 别 于 1921 年 和 1923 年 获 得 诺 贝 尔 物 理 奖 ， 他 们 的 不 朽 业 绩 和 科 学 风 范 永 远 昭示 后 人 。因 研 究 阴 极 射 线 获 1905 年 度 诺 贝 尔 物 理 奖 的 勒 纳 德 发

7、明 了 一 种 光 电 管 ， 实 际 上18就 是 真 空 三 极 管 的 雏 型 ， 为 他 人 的 研 究 提 供 了 良 好 借 鉴 。 人 们 公 认 勒 纳 德 是 一 位 卓 越的 科 学 家 ， 但 他 本 人 仍 觉 得 被 忽 视 了 。 勒 纳 德 后 来 追 随 纳 粹 ， 攻 击 相 对 论 ， 在 科 学 史上 留 下 一 笔 遗 憾 。【 实 验 原 理 】1 光 电 效 应 的 实 验 规 律勒 纳 德 等 人 的 工 作 揭 示 光 电 效 应 基 本 实 验 事 实 如 下 ：（ 1） 仅 当 光 频 高 于 某 一 阈 值 时 ， 才 能 从 金 属 表

8、面 打 出 光 电 子 ；（ 2） 单 个 光 电 子 的 动 能 随 光 频 提 高 而 增 大 ， 与 入 射 光 强 无 关 ；（ 3） 单 位 时 间 内 产 生 光 电 子 的 数 目 仅 与 入 射 光 强 有 关 ， 与 光 频 无 关 ；（ 4） 光 电 效 应 是 瞬 时 完 成 的 ， 电 子 吸 收 光 能 几 乎 不 需 要 积 累 时 间 。经 典 物 理 学 无 论 如 何 也 解 释 不 了 上 述 现 象 ， 爱 因 斯 坦 利 用 光 子 假 说 作 出 了 清 晰 的说 明 。 他 指 出 ， 入 射 光 其 实 就 是 单 粒 能 量 =h 的 光 子 流

9、 。 这 种 光 子 在 运 动 中 并 不 瓦解 ， 而 是 在 一 瞬 间 整 个 地 被 吸 收 或 被 发 射 。 电 子 吸 收 光 子 后 ， 如 果 动 能 仍 小 于 金 属 的逸 出 功 （ 功 函 数 ） ， 即 h W， 则 不 可 能 脱 离 金 属 表 面 成 为 光 电 子 ； 满 足 h =W 的 光 频 0 叫 做 该 种 金 属 的 光 电 效 应 截 止 频 率 （ 红 限 ） ， 它 激 发 的 光 电 子 刚 好 脱 离 金属 表 面 而 无 剩 余 动 能 ； 如 果 h W， 激 发 的 光 电 子 脱 离 金 属 表 面 后 具 有 剩 余 动 能

10、（ 1）21mv这 个 式 子 称 为 爱 因 斯 坦 光 电 方 程 。在 理 想 光 电 管 中 ， 令 光 电 子 在 反 向 电 场 中 前 进 ， 当 剩 余 的 动 能 刚 好 被 耗 尽 时 ， 电子 所 经 历 的 电 势 差 Uv 叫 做 遏 止 电 势 差 ， 显 然 eUv = ， 代 入 （ 1） 式 可 得21m（ 2）（ 2） 式 表 明 ， 遏 止 电 势 差 Uv 是 入 射 光 频 的 一次 函 数 ， h/e 就 是 一 次 曲 线 的 斜 率 。 爱 因 斯 坦 方程 预 见 了 实 验 测 算 普 朗 克 常 数 的 可 行 方 案 。 除 了求 出 h

11、 的 量 值 以 外 ， 还 可 通 过 （ 2） 式 了 解 光 电管 的 特 性 。 令 =0， 可 得 理 想 阴 极 的 逸 出 电 势 等于 曲 线 的 纵 轴 截 距 ， U0=-W/e； 令 Uv=0， 可 得 理想 阴 极 的 截 止 频 率 等 于 曲 线 的 横 轴 截 距 ，0=W/h。 实 际 光 电 管 的 情 况 比 较 复 杂 ， 只 能 把两 个 截 距 U0、 0 看 作 整 体 光 电 管 的 宏 观 参 量 。 图 1图 1 是 研 究 光 电 效 应 的 简 化 电 路 。 一 束 单 色 光 照 射 真 空 光 电 管 的 阴 极 K， 设 光Wh19

12、频 0， 有 光 电 子 产 生 且 有 剩 余 动 能 。 只 要 外 电 路 闭 合 ， 即 使 电 源 分 压 U=0， 光电 子 也 能 到 达 阳 极 A 形 成 光 电 流 IA， IA 的 量 值 由 A 表 读 出 。当 U 的 极 性 K 负 A 正 时 ， 电 场 对 光 电 子 加速 ， 飞 抵 A 的 速 度 加 快 。 如 果 光 强 不 变 ， 单 位时 间 的 入 射 光 子 数 不 变 ， 单 位 时 间 产 生 的 光 电子 数 也 不 变 ， 从 而 单 位 时 间 到 达 A 极 的 电 子 数不 变 。 即 使 增 大 U， IA 也 不 会 增 加 ，

13、 光 电 管 进入 正 向 饱 和 状 态 ， 如 图 2（ a） 虚 线 a 段 所 示 。当 K 正 A 负 时 ， 电 场 使 光 电 子 减 速 。 |U|较 小 时 ，光 电 子 到 达 A 极 速 度 尚 不 为 零 ， 虽 然 渡 越 时 间变 长 ， 但 单 位 时 间 进 入 A 极 的 光 电 子 数 仍 等 于此 间 K 极 产 生 的 光 电 子 数 ， IA 维 持 不 变 ， 如 图2（ a） 虚 线 b 段 。 进 一 步 增 大 |U|直 到 Uv， 光电 子 抵 达 A 极 前 减 速 为 零 ， 剩 余 动 能 全 部 转 化为 电 场 势 能 eUv =

14、， 之 后 电 子 加 速 返 回21mK 极 。 因 无 电 子 进 入 A 极 ， IA 骤 降 为 零 ， 光 电管 进 入 反 向 截 止 状 态 ， 如 图 2（ a） 虚 线 c 段 ，Uv 就 是 该 光 电 管 对 该 光 频 的 遏 止 电 势 差 。 此时 即 便 增 大 光 强 ， 虽 能 激 发 更 多 的 光 电 子 ， 但不 能 增 加 单 个 光 电 子 动 能 ， 故 IA 0。 光 电 流 在Uv 下 骤 降 为 零 的 特 性 称 为 锐 截 止 特 性 ， 锐 截 止 的 必 要 前 图 2提 是 K 极 表 面 各 处 的 逸 出 功 W 都 是 同 一

15、 个 确 定 量 值 。 理 想 光 电 管 并 不 存 在 ， 实 际 阴极 材 料 的 W 值 是 不 均 匀 的 ， 有 一 个 带 宽 W W； 阴 极 表 面 浅 层 电 子 的 初 动 能 也 不是 一 个 定 值 ， 因 而 单 一 光 频 激 发 的 光 电 子 剩 余 动 能 大 小 不 一 。 见 图 二 （ b） ， 当 U趋 负 时 ， 光 电 子 从 S 点 开 始 依 次 被 遏 止 ， IA 沿 实 线 b 减 小 ， 直 至 Uv 时 ， IA 降 为 零 ，称 为 遥 截 止 特 性 。 S 点 和 点 分 别 叫 做 曲 线 的 肩 部 和 趾 部 。 S

16、点 开 始 被 遏 止 的 光 电子 具 有 最 小 动 能 ， 可 知 它 们 是 从 阴 极 表 面 W 最 大 的 地 方 逸 出 的 ； 直 到 Uv 才 被 遏 止的 光 电 子 具 有 最 大 剩 余 动 能 ， 显 然 它 们 是 从 阴 极 表 面 W 最 小 的 地 方 逸 出 的 。 假 如 入射 光 单 色 性 不 好 ， 光 频 也 具 有 带 宽 ， 则 Uv 还 要 左 移 。 此 时 Uv 对 应 于 光 频上 限 + 而 不 是 主 频 ， 出 现 明 显 的 测 量 误 差 。进 一 步 分 析 还 有 以 下 细 节 ：（ 1） 实 验 中 无 法 避 免

17、少 量 入 射 光 照 到 A 极 上 ， A 极 也 会 发 射 少 量 光 电 子 ， 构 成反 向 电 流 IK 如 图 2（ c） 。（ 2） 爱 因 斯 坦 方 程 仅 当 绝 对 零 度 时 严 格 成 立 。 常 温 下 ， 即 使 没 有 入 射 光 ， 电 极 也20会 发 射 少 量 热 电 子 ， 加 上 管 座 和 管 壳 表 面 的 漏 电 ， 构 成 暗 电 流 IT 如 图 2（ d） 。（ 3） 纯 粹 的 IA 曲 线 如 图 2（ b） 所 示 ， 肩 部 达 到 饱 和 ， 趾 部 截 止 于 Uv。 实 测 曲线 是 IA 迭 加 了 IK、 IT 的

18、综 合 结 果 ， 如 图 2(a)实 线 那 样 ， 肩 部 以 右 渐 趋 饱 和 ， 趾 部Uv 的 电 流 不 是 零 而 是 一 个 较 小 的 负 值 ； 曲 线 d 段 只 含 IK+IT， 较 为 平 直 ， 与 b 段 光滑 连 接 ， 给 Uv 的 判 定 造 成 困 难 。 一 般 教 科 书上 都 建 议 凭 目 测 判 断 Uv， 具 有 一 定 的 随 意 性 。（ 4） S 点 出 现 在 纵 轴 右 边 ， 看 起 来 A正 K 负 ， 电 子 怎 么 会 开 始 被 遏 止 呢 ？ 实 际 上电 极 间 真 实 电 势 差 UK-A 大 于 外 加 电 压 U

19、， 差额 部 分 是 由 电 极 内 异 种 金 属 层 面 间 的 接 触 电位 补 足 的 ， 如 图 3 所 示 。 通 常 阴 极 接 触 电 位UK 较 小 ， 阳 极 接 触 电 位 UA 较 大 ， 真 实 遏 止电 势 差 应 是 UK-A=U +（ UA-UK） ， 可 知 图2（ a） 纵 轴 实 际 上 应 在 虚 线 IO位 置 ， 实 测 值 |Uv| 比 真 正 的 遏 止 电 势 差 小 了 一 个 常数 UA-UK。 图 3对 照 （ 2） 式 可 知 ， 这 一 系 统 误 差 仅 会 改 变 （ 2） 式 曲 线 的 纵 轴 截 距 ， 并 不 改 变斜 率

20、 h/e， 不 妨 碍 正 确 测 算 普 朗 克 常 数 。 如 前 所 述 ， 具 有 系 统 误 差 的 纵 、 横 轴 截 距 ， 宏观 表 达 了 实 际 光 电 管 整 体 的 逸 出 电 势 和 截 止 频 率 ， 它 们 是 阴 极 和 阳 极 的 综 合 效 果 ， 不能 直 观 反 映 阴 极 的 真 实 特 性 。 光 电 管 在 工 程 实 践 中 作 为 一 个 元 器 件 来 应 用 ， 人 们 往 往也 只 关 心 它 的 宏 观 参 量 。 复 杂 的 科 学 研 究 通 常 是 为 简 捷 的 技 术 应 用 铺 路 的 。应 当 指 出 ， 上 述 分 析

21、仍 是 粗 略 的 ， 实 际 情 况 还 要 复 杂 。 但 通 过 以 上 分 析 我 们 基 本 上廓 清 了 物 理 模 型 ， 区 分 了 次 要 因 素 ， 我 们 就 有 了 一 条 比 较 清 晰 的 思 路 。2 数 据 处 理 方 案本 实 验 用 滤 色 片 选 取 高 压 汞 灯 的 5 种 单 色 光 ， 其 光 频 都 大 于 光 电 管 截 止 频 率 0， 在坐 标 纸 上 作 光 电 管 的 趾 部 伏 安 特 性 曲 线 族 如 图 4 实 线 所 示 。 曲 线 族 是 在 二 维 平 面 上描 述 三 元 函 数 的 有 用 工 具 ， 纵 轴 （ 因

22、变 量 ） 和 横 轴 （ 自 变 量 ） 都 是 连 续 表 达 的 ， 例 如图 4 的 IA 和 U； 第 三 个 变 量 叫 做 参 变 量 ， 例 如 光 频 ， 因 其 实 验 来 源 的 分 立 性 ， 只能 用 若 干 条 曲 线 区 分 其 大 小 ， 例 如 图 4 每 条 曲 线 对 应 一 个 光 频 i， 与 地 图 等 高 线 类似 。 如 果 令 因 变 量 、 自 变 量 和 参 变 量 角 色 互 换 ， 图 象 变 成 另 一 种 形 式 ， 所 表 达 的 物 理规 律 不 变 ， 但 突 出 了 规 律 的 另 一 个 侧 面 。 例 如 在 图 5 中

23、 ， IA 成 为 参 变 量 ， 它 只 有 1个 取 值 IA1=0。 图 5 曲 线 直 观 显 示 了 遏 止 电 势 差 随 光 频 线 性 变 化 的 规 律 。 从 图 4 变换 到 图 5 的 方 法 如 下 ： 在 图 4 中 ， 用 数 值 微 商 法 求 出 每 条 曲 线 的 Uvi， 在 图 5 中 标出 5 个 点 （ i、 Uvi） 且 连 成 一 条 直 线 ， 其 参 变 量 IA1=0。 连 线 时 要 使 用 透 明 直 尺 ，所 作 直 线 不 一 定 通 过 每 个 实 验 点 ， 但 要 尽 量 通 过 较 多 的 实 验 点 ， 其 余 实 验 点

24、 均 布 直 线21两 侧 且 与 直 线 距 离 最 小 。 这 实 际 上 就 是 靠 目 测 选 择 一 条 最 佳 路 线 ， 尽 可 能 客 观 地 反映 物 理 规 律 。 图 4图 5 曲 线 是 爱 因 斯 坦 方 程 的 解 析 图 象 ， 请 同 学 直 接 在 图 上 测 算 其 斜 率 并 乘 以 基元 电 荷 公 认 值 e=1.60210-19C， 得 到 的 结 果 与 公 认 值 h=6.62610-34 JS 比 较 并 讨论 误 差 来 源 ； 外 延 曲 线 与 纵 、 横 轴 相 交 ， 求 出 光 电 管 的 宏 观 逸 出 电 势 U0 和 截 止

25、频率 0。 最 后 用 最 小 二 乘 法 再 次 计 算 曲 线 的 斜 率 h/e、 纵 轴 截 距 U0、 横 轴 截 距 0 以 及 h 值 ， 并 求 相 关 系 数 r。 对 近 似 线 性 方 程（ 2）中 的 变 量 Uv、 进 行 n 次 不 等 精 度 测 量 ， 将 测 量 结 果 i,Uvi(i=1,2,n)代 入 以 下 两 式 可 求 得 斜 率 h/e 和 常 数 项 -W/e 的 最 佳 近 似 值（ 3） （ 4）Uv22)(iivivehUv22图 5将 （ 3） 、 （ 4） 的 结 果 代 入 （ 2） 式 ， 就 得 到 一 个 与 实 测 曲 线 （

26、 即 在 图 5 中 不 是 画 最佳 直 线 ， 而 是 直 接 逐 点 连 接 起 来 的 曲 线 ） 最 接 近 的 直 线 方 程 。 令 在 （ 2） 式 中 =0可 得 U0， Uv=0 可 得 0； （ 3） 式 乘 以 e 的 公 认 值 可 得 h。 将 此 拟 合 结 果 与 前 述 图 算的 h、 U0、 0 比 较 ， 出 入 大 吗 ？ 由 此 可 以 检 验 自 己 画 最 佳 直 线 的 目 测 能 力 。 相 关 系 数r 由 下 式 求 出 ， 它 定 量 评 价 实 测 曲 线 的 线 性 度 ：（ 5）r 应 与 h/e 同 号 ； r 的 绝 对 值 愈

27、 接 近 1， 说 明 实 测 曲 线 的 线 性 愈 好 。为 方 便 数 值 微 商 的 计 算 ， 可 用 表 1 记 录 原 始 数 据 。 本 实 验 主 要 依 赖 曲 线 趾 部 进 行测 算 ， 测 量 时 A 表 档 位 采 用 10-5， 必 要 时 改 换 10-6； 尽 量 不 要 用 10-7， 因 其 灵 敏度 太 高 ， 易 出 现 感 应 误 差 。 各 单 色 光 对 应 的 电 压 调 整 范 围 如 表 2 所 示 ， 电 压 都 取 负值 ， 其 绝 对 值 从 小 往 大 调 ； 单 色 光 从 波 长 最 小 的 测 起 。 每 选 定 一 种 单

28、色 光 时 ， 先 将 光源 远 离 光 电 管 ； 调 好 起 始 电 压 ， 再 逐 渐 移 近 光 源 使 A 表 达 到 满 偏 ； 之 后 逐 步 增 大电 压 绝 对 值 ， 记 录 电 压 及 对 应 电 流 值 到 表 1 中 。 表 1 已 示 范 了 数 据 填 写 与 运 算 流 程 ，请 同 学 务 必 读 懂 。 在 原 坐 标 纸 上 以 I/ U 为 纵 标 （ 可 乘 以 适 当 倍 数 使 max I/22)()(viivii Uv23U的 高 度 约 为 40mm100mm） ， 以 为 横 标 画 出 导 函 数 曲 线 族 ， 分 别 与 相 应 的 原

29、 函U数 曲 线 上 下 对 齐 ， 横 轴 适 当 下 移 或 上 移 ， 就 近 取 整 格 横 线 作 为 纵 标 零 点 ， 左 右 不 要错 位 ， 如 图 4 虚 线 所 示 。表 1 光 电 效 应 伏 安 曲 线 及 数 值 微 商 一 览 表 = nmI(10m A) In In+1 I In+1-InU（ V） Un Un+1 U Un+1-Un I/ U In/ UnUn+Un+1/2表 2 实 验 条 件光 源参 数365.0nm8.2191014Hz404.7nm7.4131014Hz435.8nm6.8841014Hz546.1nm5.4931014Hz577.0n

30、m5.1991014Hz起 始 电 压 -1.300V -1.000V -0.800V -0.500V -0.300V终 了 电 压 -2.400V -2.100V -1.900V -1.300V -1.100V读 数 间 隔 每 条 曲 线 取 1215 个 点 ， Uv 附 近 适 当 密 些在 原 函 数 曲 线 上 ， 暗 电 流 d 段 与 光 电 流 b 段 光 滑 连 接 于 Uv 点 ， 人 为 判 定 Uv 的位 置 不 够 准 确 ， 即 使 修 正 了 暗 电 流 也 不 理 想 ， 本 实 验 索 性 不 去 排 除 暗 电 流 。 由 于 d段 比 较 平 直 ， b

31、 段 逐 渐 上 扬 ， 二 者 的 一 阶 导 函 数 是 迥 然 不 同 的 ， 因 而 在 导 函 数 曲 线 上判 定 Uv 比 较 直 观 ， 如 图 4 中 的 点 划 线 所 示 。 数 值 微 商 法 巧 妙 排 除 了 暗 电 流 等 次 要 因素 的 影 响 ， 增 加 了 测 量 的 客 观 性 。【 仪 器 简 介 】本 实 验 使 用 GP 型 普 朗 克 常 数 测 定 仪 ， 它 包 括 下 列 4 部 分 ：（ 1） GGO50WHg 型 高 压 汞 灯 ， 在 300.0800.0nm 范 围 内 有 若 干 种 单 色 光 供 选用 。（ 2） NG 型 滤

32、 色 片 ， 外 径 36mm， 5 片 一 组 ， 分 别 可 从 汞 灯 中 滤 选365.0nm、 404.7 nm、 435.8 nm、 546.1 nm、 577.0 nm 的 单 色 光 。（ 3） GDh-1 型 光 电 管 ， 阳 极 为 镍 圈 ， 阴 极 为 银 氧 钾 材 料 ， 光 谱 范 围340.0700.0 nm， 最 灵 敏 波 长 410.010.0 nm， 光 窗 为 无 铅 多 硼 硅 玻 璃 。 光 电 管 安 装在 铝 质 暗 盒 中 ， 暗 盒 窗 口 可 以 安 放 36mm 滤 色 片 ， 也 可 安 放 5mm 光 阑 孔 以 减小 入 射 光

33、 强 ； 更 实 用 的 光 强 调 节 方 法 是 改 变 汞 灯 到 暗 盒 的 距 离 。 此 外 还 装 有 单 色 仪 匹24配 头 ， 可 改 用 单 色 仪 提 供 更 纯 的 单 色 光 源 。 不 做 实 验 时 用 遮 光 罩 盖 住 暗 盒 光 窗 。（ 4） GP 型 微 电 流 测 量 放 大 器 ， 即 图 1 中 的 A 表 ， 表 头 在 面 板 左 边 ， 量 程倍 率 为 100（ 10-210-7） A， 分 6 档 转 换 ， 并 有 改 变 表 头 极 性 的 换 向 按 钮 ， 测 到IA 过 零 位 置 应 及 时 换 向 ； 读 数 时 不 要

34、漏 记 了 量 程 。 A 表 用 同 轴 电 缆 连 接 光 电 管 ，由 于 灵 敏 度 极 高 ， 实 验 中 不 要 触 碰 同 轴 电 缆 ， 以 免 接 触 不 良 或 人 体 感 应 导 致 表 针 乱 摆 ，尤 其 在 10-7 档 随 机 误 差 更 大 。机 内 还 附 有 可 调 直 流 电 源 ， 为 光 电 管 提 供 KA 间 的 工 作 电 压 ， 只 用 一 只 旋 钮 就可 在 -3V+3V 范 围 内 连 续 调 节 。 与 之 配 套 的 电 压 表 安 装 在 面 板 右 边 ， 量 程 为1.00V。 随 着 电 压 的 升 降 ， 量 程 起 点 自

35、 动 切 换 ， 实 现 分 段 接 续 式 量 程 -3V-2V， -2V-1V， -1V0V， 01V， 12V， 23V。 这 种 量 程 转 换 方 式 既 扩 大 了 量 程 ， 又保 证 了 读 数 精 细 度 ， 但 电 路 相 对 复 杂 些 。仪 器 后 面 板 设 有 自 动 信 号 输 出 接 口 ， 可 连 接 X-Y 函 数 记 录 仪 自 动 描 绘 光 电 曲 线 。【 操 作 提 纲 】1.冷 态 准 备 。 检 查 仪 器 的 摆 放 布 局 是 否 得 当 ， 导 线 连 接 是 否 正 确 ， 档 位 预 置 是 否 合理 。 用 遮 光 罩 盖 住 暗

36、盒 光 窗 ， 令 光 源 离 开 暗 盒 3050cm。2.热 态 准 备 。 将 光 源 和 主 机 通 电 预 热 ， 2030 分 钟 后 调 整 A 表 的 零 点 和 满 度 。3.观 察 暗 电 流 。 从 大 到 小 改 变 A 量 程 ， 直 到 表 针 有 指 示 即 为 暗 电 流 （ 约 在 10-6 档 ） 。 改 变 工 作 电 压 观 察 暗 电 流 的 变 化 情 况 。4.浏 览 光 电 流 。 A 量 程 调 到 最 大 ， 除 去 暗 盒 遮 光 罩 ， 换 上 365.0nm 滤 色 片 ， 用汞 灯 照 射 。 工 作 电 压 从 -2V 起 调 直

37、到 0V， 浏 览 光 电 流 变 化 情 况 。 注 意 随 时 改 变 A 量 程 ， 使 之 既 有 示 值 ， 又 不 超 偏 ； 当 电 流 趋 零 时 应 及 时 触 按 换 向 按 钮 ， 以 免 表 针倒 偏 。 电 流 如 果 太 大 或 太 小 ， 则 需 调 节 汞 灯 距 离 ， 改 变 入 射 光 强 。5.正 式 测 量 。 正 式 测 量 时 先 移 远 光 源 ， 参 考 表 2 调 节 工 作 电 压 起 始 值 （ 都 是 负 值 ）， A 量 程 置 10-5 档 。 细 心 移 近 光 源 使 A 表 满 偏 ， 此 后 光 源 不 可 再 动 。 令

38、工 作 电压 进 一 步 趋 负 ， 电 流 随 之 减 小 ， 记 录 相 应 的 电 流 、 电 压 数 据 。 当 电 流 减 到 很 小 时 可 更换 10-6 量 程 ， 但 在 Uv 附 近 尽 量 不 换 量 程 ， 否 则 量 程 误 差 会 给 曲 线 造 成 附 加 台 阶 ， 影响 数 值 求 导 的 效 果 。 注 意 电 流 的 符 号 开 始 为 正 ， 逐 渐 趋 零 时 要 触 按 换 向 按 钮 ， 此 后 电流 为 负 ， 应 及 时 记 载 符 号 。6.更 换 单 色 光 。 测 毕 一 种 单 色 光 后 ， 要 按 照 波 长 递 增 的 顺 序 更

39、 换 滤 色 片 ， 同 时 移 远光 源 ， 重 复 步 骤 5， 最 大 电 流 都 取 10-3 微 安 。7.善 后 工 作 。 测 量 完 毕 ， 请 教 师 检 查 数 据 。 将 仪 器 调 节 钮 复 位 ， 断 电 ； 收 起 滤 色 片 ，用 遮 光 罩 盖 住 暗 盒 光 窗 ； 经 容 许 后 离 开 实 验 室 。【 思 考 题 】251.分 析 K 表 面 和 KA 空 间 的 物 理 过 程 ， 试 讨 论 ： 图 2 肩 部 的 横 坐 标 US 与 光 频满 足 爱 因 斯 坦 方 程 吗 ？ 如 果 满 足 ， 则 可 在 图 5 中 增 添 一 条 参 变

40、 量 IA2=1.0（ 归 一 化量 值 ） 的 曲 线 ， 与 IA1=0 的 曲 线 构 成 曲 线 族 。 试 在 图 5 中 定 性 估 画 这 条 曲 线 的 位 置和 取 向 。2.讲 义 中 说 假 如 入 射 光 单 色 性 不 好 ， 会 出 现 测 量 误 差 。 本 实 验 汞 灯 光 源 中 除 含 有365.0nm、 404.7 nm、 435.8 nm、 546.1 nm、 577.0 nm 单 色 光 外 ， 尚 有 较 强 的 365.6 nm、 366.3 nm、 407.8 nm、 433.9 nm、 434.8 nm、 579.0 nm 单 色 光 ， 试

41、 讨 论 它 们 对 实验 结 果 的 影 响 。 你 倾 向 于 怎 样 修 正 图 5 曲 线 ？3.按 图 4 曲 线 判 断 Uv 位 置 时 ， 如 果 不 照 讲 义 中 以 I/ U 为 纵 标 ， 以 为 横 标绘 制 微 分 曲 线 ， 而 试 以 为 纵 标 、 以 U 为 横 标 绘 制 方 根 曲 线 ， 结 果 如 何 ？I4.根 据 你 的 猜 测 ， 试 描 述 GP 型 普 朗 克 常 数 测 定 仪 连 接 XY 记 录 仪 自 动 描绘 光 电 曲 线 的 工 作 原 理 ， 必 要 时 可 附 简 化 示 意 图 。5.利 用 你 的 现 有 知 识 ， 设 计 一 种 分 段 接 续 式 量 程 转 换 电 路 ， 手 动 即 可 ， 自 动 更 佳 。