测光电管的伏安特性
光电管伏安特性测试
思考题
1、简述光电效应 2、使用不同的光阑孔 频率（f）和截止电
压（Vs）曲线有什么变化
1887年H.赫兹在验证电磁波存在时意外发现，一束光入射到金属表面，会有 电子从金属表面溢出，这个物理现象被称为光电效应。
1888年以后，W.哈耳瓦克斯，A.T.斯托列托夫.P.勒纳德等人对光电效应作了长 时间的研究，并总结出了光电效应的基本实验事实（1）光电发射率与光强成 正比；（2）光电效应存在一个阈频率（或称截止频率），当入射光的频率低 于某一阈值υ时，不论光的强度如何，都没有电子产生；（3）光电子的动能 与光强无关，但与入射的频率成正比；（4）光电效应是瞬时效应，一经光线 照射，立刻产生光电子，然而麦克斯韦的经典理论无法对上述实验事实作出 完整的解释。
实验原理
原理图
实验内容
一、测量准备 1.预热；2.调整距离；3.连线。
二、测量截止电压 1.选取“截止电压测试”并调零； 2.放置光阑、滤光片； 3.调节电压，观察电流变化，并记录电流为零时 的电压值，即截止电压； 4.更换滤光片，并记录相应的截止电压。
三、光电管伏安特性测试 1.选取并放置光阑、滤光片； 2.改变电压值，记录电压与相应的电流值。
A.爱因斯坦和R.A密立根都因光电效应等方面的贡献，分别于1921年 和1923年获得了诺贝尔奖金。
实验原理
• 爱因斯坦认为一点发出的光不是按麦克斯韦电磁学说指出的那样 以连续分布的形式把能量传播到空间，而是频率为υ的光以hυ为 能量单位（光量子）的形式一份一份地向外辐射。至于光电效应， 是具有能量为hυ的一个光子作用于金属中的一个自由电子，并把 它的全部能量交给这个电子造成的。如果电子脱离金属表面耗费 的能量为Ws 的话，则由光电效应打出速度V的电子的动能为
光电效应伏安曲线研究
光电效应伏安曲线研究光电效应是物理学中的一种现象，指的是材料受光照射后，能够释放电子的现象。
光电效应伏安曲线则是一种用于研究光电效应特性的实验手段。
在伏安曲线上，当材料受到不同波长、不同强度的光照射时，观察其电流随电压的变化，可以得到一条光电效应伏安曲线，该曲线可以帮助研究者了解材料的光电性质、分析光电信号的特点，也可以作为设计光电器件的依据。
光电效应伏安曲线的测量需要的实验设备包括光源、光电管、微安表和电压源。
光源可以使用激光或者白光源，同时还可以根据需要选择合适的滤波器和分光器实现对不同波长和强度的光照射。
光电管是一种专门用于光电效应测量的器件，它可以将光能转化为电能并输出电流信号。
微安表则用于检测并测量光电管输出的微弱电流信号。
电压源则用于控制光电管的电压，从而提供一定的工作条件以进行实验。
在进行光电效应伏安曲线的测量时，首先需要将光源的波长、光强和位置等调节至合适的条件，使其能够正确地照射到光电管上。
然后使用微安表测量光电管的输出电流，并以电压作为自变量进行测量。
在测量的过程中，需要记录下光照强度、光电管的各项参数以及伏安曲线的特征，例如开启电压、饱和电流、斜率等指标。
通过对光电效应伏安曲线的研究，可以得到以下的一些结论：首先，光电效应伏安曲线的斜率正比于光电管的灵敏度。
其次，在曲线的起始部分，电流对电压的变化规律是线性的，而在一定的电压值后，电流会达到最大值，此时曲线变为平台状，并称为饱和电流。
最后，通过分析曲线的起始部分和平台部分的斜率变化，可以得到材料的阈值和最大逸出能。
除了应用于理论研究外，光电效应伏安曲线还有广泛的应用。
例如，通过测量光电效应伏安曲线，可以实现对光电材料的选择、测试和优化，进而设计出高效、高灵敏的光电器件。
在光电器件的制造和使用过程中，也需要对其进行光电效应伏安曲线的检测和分析，以了解其性能和品质，保证其正常运行。
总之，光电效应伏安曲线是一种重要的实验手段，可以帮助研究者了解材料的光电性质、分析光电信号的特点，同时也可以作为光电器件研发和生产的依据。
光电效应实验报告
一、 引言当光束照射到金属表面时，会有电子从金属表面逸出，这种现象被称之为“光电效应”。
对于光电效应的研究，使人们进一步认识到光的波粒二象性的本质，促进了光的量子理论的建立和近代物理学的发展。
现在观点效应以及基于其理论所制成的各种光学器件已经广泛用于我们的生产生活、科研、国防军事等领域。
所以在本实验中，我们利用光电效应测试仪对爱因斯坦的方程进行验证，并且测出普朗克常量，了解并用实验证实光电效应的各种实验规律，加深对光的粒子性的认识。
二、 实验原理1. 光电效应就是在光的照射下，某些物质内部的电子背光激发出来形成电流的现象；量子性则是源于电磁波的发射和吸收不连续而是一份一份地进行，每一份能量称之为一个能量子，等于普朗克常数乘以辐射电磁波的频率，即E=h*f （f表示光子的频率）。
2. 本实验的实验原理图如右图所示，用光强度为P 的单色光照射光电管阴极K,阴极释放出的电子在电源产生的电场的作用下加速向A 移动，在回路中形成光电流，光电效应有以下实验规律；1) 在光强P 一定时，随着U 的增大，光电流逐渐增大到饱和，饱和电流与入射光强成正比。
2) 在光电管两端加反向电压是，光电流变小，在理想状态下，光电流减小到零时说明电子无法打到A,此时eUo=1/2mv^2。
3) 改变入射光频率f 时，截止电压Uo 也随之改变，Uo 与f 成线性关系，并且存在一个截止频率fo,只有当f>fo 时,光电效应才可能发生，对应波长称之为截止波长（红限），截止频率还与fo 有关。
4) 爱因斯坦的光电效应方程：hf=1/2m(Vm)^2+W,其中W 为电子脱离金属所需要的功，即逸出功，与2)中方程联立得：Uo=hf/e – W/e 。
光电效应原理图3.光阑：光具组件中光学元件的边缘、框架或特别设置的带孔屏障称为光阑，光学系统中能够限制成像大小或成像空间范围的元件。
简单地说光阑就是控制光束通过多少的设备。
主要用于调节通过的光束的强弱和照明范围。
光电效应讲义
实验三 光电效应【实验目的】1. 加深对光的量子性的认识。
2. 验证爱因斯坦方程，测定普朗克常数。
3. 测定光电管的伏安特性曲线。
【实验原理】当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应．所产生的电子，称为光电子。
光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。
1905年爱因斯坦依照普朗克的量子假设，提出了光子的概念。
他认为光是一种微粒 — 光子；频率为ν 的光子具有能量h ν，h 为普朗克常数，目前国际公认值为h =(6．6260755±0．0000040)×10-34J ·s 。
当金属中的电子吸收一个频率为ν 的光子时，便获得这光子的全部能量h ν，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功W ，电子就会从金属中逸出．按照能量守恒原理有：W v m h m +=221ν (3.1)上式称为爱因斯坦方程，其中m 和v m 是光电子的质量和最大速度，221m v m 是光电子逸出表面后所具有的最大动能．它说明光子能量h ν小于W 时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率ν0=W ／h ，称为光电效应的极限频率(又称红限)。
不同的金属材料有不同的逸出功，因而ν0也是不同的。
用光电管进行光电效应实验，测量普朗克常数的实验原理如图3.1所示。
图中K 为图3.1光电效应实验原理图光电管的阴极，A 为阳极，微安表用于测量微小的光电流，电压表用于测量光电管两极间的电压，E 为电源，R 提供的分压可以改变光电管两极间的电势差。
当单色光入射到光电管的阴极K 上时，如有光电子逸出，则当阳极A 加正电势，K 加负电势时，光电子就被加速；而当K 加正电势，A 加负电势时，光电子就被减速。
当A 、K 之间所加电压U 足够大时，光电流达到饱和值I m ,当U ≤-U 0，并满足方程eU 0 =221m v m (3.2)时，光电流将为零，此时的U 0称为截止电压。
大学物理实验：光电效应
光电效应现象的原理
量子解释（爱因斯坦）
1 2
m
2 m
Eh
电子逸出动能
12mm2 hA
光子能量
金属表面电子逸出功
轨道能 脱出功
光电效应现象的原理
量子解释（爱因斯坦）
光电子的最大初动能
12mm2 hA
爱因斯坦光 电效应方程
入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴
极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电
则普朗克常数 hke
由该直线与横轴的交点，可求出“红限”频率v 0 。这就是密 立根验证爱因斯坦光电效应方程的主要实验思想。
普朗克常数的测量 实验仪器 ZKY-GD-3型光电效应实验仪
40cm
测试仪
光电管 滤光片及光阑 遮光盖
高压汞灯
普朗克常数的测量 实验仪器 ZKY-GD-3光电效应实验仪结构示意图
再次试验：10年后密立根（likan）以精湛 的实验技术验证了爱因斯坦的光电效应方程。 获得成就：爱因斯坦和密立根主要因光电效 应方面的杰出贡献分别荣获1921年和1923年 的诺贝尔物理学奖。
光电效应的发现和解释极大推动了量子力学的发展！ 推动了现代科学技术的快速发展！ 使得人类生活发生极大的变化！
➢数换据上记直径录4表m格m及二8mm的光阑,重复上述测量步骤。
577nm
UAK（V）
光阑2mm I（×10-12）
577nm 光阑4mm
577.0nm 光阑8mm
UAK（V） I（×10-12） UAK（V） I（×10-12）
普朗克常数的测量
3.验证光电管的饱和光电流与 入射光强的正比关系
➢ 将“电流量程”选择开关置于10-11A档，重新调节测试仪零 点。将电压调到25V，在同一谱线,在同一入射距离下,记录 光阑分别为2mm，4mm，8mm时对应的电流值。
2019年光电管特性的研究.doc
课题光电管特性的研究1．了解光电效应实验的基本规律和光的量子性；教学目的 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；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。
重难点 1．光电管的伏安特性和光电特性；2．最小二乘法处理数据。
教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。
学时 3个学时一、前言光电效应是指在光的作用下，从物体表面释放电子的现象，所逸出的电子称为光电子。
这种现象是1887年赫兹研究电磁波时发现的。
在光电效应中，光不仅在被吸收或发射时以能量h 的微粒出现，而且以微粒形式在空间传播，充分显示了光的粒子性。
1905年爱因斯坦引入光量子理论，给出了光电效应方程，成功地解释了光电效应的全部实验规律。
1916年密立根用光电效应实验验证了爱因斯坦的光电效应方程，并测定了普朗克常量。
爱因斯坦和密立根都因为光电效应方面的杰出贡献，分别获得1921年和1923年诺贝尔物理学奖。
而今光电效应已经广泛地应用于各科技领域，例如利用光电效应制成的光电管、光电倍增管等光电转换其间，把光学量转换成电学量来测量。
光电元件已成为石油钻井、传真电报、自动控制等生产和科研中不可缺少的元件。
二、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24V稳压电源、12V可调稳压电源、13位数子电压表和电流表，分别指示光电管电压、光源电流和光电2流、调节光电管电压的电位器、调小灯电流的可变电阻）。
三、实验原理金属或金属化合物在光的照射下有电子逸出的现象，称为光电效应，或称为光电发射。
产生光电发射的物体表面通常接电源负极，所以又称为光电阴极，光电阴极往往不由纯金属制成，而常用锑钯或银氧钯的复杂化合物制成，因为这些金属化合物阴极的电子逸出功远较纯金属小，这样就能在较小光照下得到较大的光电流。
把光电阴极和另一个金属电极－阳极仪器封装在抽成真空的玻璃壳里就成了光电管。
光电管在现代科学技术中如自动控制、有声电影、电视、以及光讯号测量等方面都有重要的应用。
实验十一光电管特性研究
实验十一光电管特性研究【实验目的】１．研究光电管的光电流与其极间电压的关系；研究光电流与光通量之间的关系；验证光电效应第一定律。
2。
掌握光电管的一些主要特性，学会正确使用光电管。
［实验仪器］暗匣一个（内装光电管及小灯）；光电效应实验仪一台,仪器内包括：２４V 稳压电源、12V稳压电源、3½位数字电压表和电流表，分别指示光电管电压、光源电流和光电流、调节光电管电压的电位器、调小灯电流的可变电阻。
【仪器描述】ＧD－I型光电效应实验仪是一组成套仪器,包括暗箱一只,实验仪一台共两件.使用这套仪器可以进行光电效应的研究,测定光电管的伏安特性和光电特性。
仪器采用暗箱结构，关闭箱盖后，箱内即成为一个微型暗室，外界光线不能射入,作为点光源的灯泡装在活动支架上，并可在暗箱外调节，以改变灯泡到光电管的距离.有了暗箱,实验即可在明亮房间内进行，给实验操作增加了方便。
实验仪包括两路完全独立的稳压电源和一个高灵敏度的电流计。
实验仪面板如图1所示。
当面向仪器面板时,左侧24Ｖ稳压电源，并且内附电位器调压装置，在接线柱上可获得0~２４Ｖ连续可变的电压，该电压由电压表显示.右侧为1２Ｖ稳压电源并内附可变电阻电流调节装置，在接线柱上连接灯泡后可连续调节灯泡的发光度，电流值由电流表显示。
推荐的灯泡电流值为4０0~50０ｍＡ。
【仪器使用】按图2所示,用导线将实驻仪和暗箱连接起来.仪器的面板示意图如图1所示.实验仪上的红色接线柱为输出电压的正端，黑色为负端。
暗箱光电管的红色接线柱为光电管的阳极，黑色接线柱为光电管的阴极。
暗箱下端有一抽板，上有标尺，作光源用的小灯固定在抽扳上，抽板可抽出或推进,以改变光源与光电管之间的距离.实验仪上还有光电管的电压和光源电流可供调节,其电压和电流值由相应的数字表读出.具体实验步骤参阅实验讲义中的实验步骤部分。
【注意事项】l。
灯泡电流的稳定与否对实验结果影响很大,必须做到接触良好。
当发现光电流不稳定时，应首先检查灯泡插座及接线是否良好.2．高灵敏度电流计的测量范围为0-10µA，因电流计内放大器的动态范围的限制,在测量１0µＡ以上电流时会引起较大的误差。
光电效应实验报告
光电效应实验报告广州大学学生实验报告内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果与分析、实验心得将直径4mm的光阑及0.365nm滤色片装在光电管暗箱光输入口上.测伏安特性曲线时，电压调节的范围为-2〜30V，步长自定。
记录所测UAK及I的数据，在坐标纸上作出上述给定波长的伏安特性曲线。
3.测量遏止电压，求得朗克常量h测量遏止电压时，“电流量程"开关应处于10-12A档.将直径4mm的光阑及365.0nm 的滤色片装在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。
此时电压表显示UAK的值，单位为伏；电流表显示与UAK对应的电流值I，单位为所选择的“电流量程气零电流法：在测量各谱线的遏止电压0U时，可采用零电流法，即直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压UAK的绝对值作为遏止电压0U。
此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，用零电流法测得的遏止电压与真实值相差较小。
且各谱线的遏止电压都相差AU对0U〜v曲线的斜率无大的影响，因此对h的测量不会产生大的影响。
从低（-2V ）到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的U，以其绝对值作为该波长对应的U的值。
【实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）】表1-2：入=365 （nm）时不同电压下对应的电流值M 1—3”彳404・7(nm)耳mff州 1—4“AH435・8(nm)耳f l w t&m T ^湖1—5“AH546・1(Dm)耳m 回曲ft T*1—6“ 彳577(目)拜f an曲m T母m寸 90O —H S邕早3*9Z 9.9/(S*项S*9Z9.9—S邕早2*o z .9)“«咽长粟S *P 8S*9W O —H S邕早2*9Z 9.9—s*项S*O Z.9“«咽我煨s T t£项2*02f qs*项S *8I・9»q“期a a ,1a项遏止电压与频率的关系3v = 0. 4305^-1. 824511111 .■ 1 1 1・ .....46 8 IP 1_叮-* ■-----1V/ (10"14) Hz拐点与频率的关系:波^Vnm 577 546.1 435.8 404.7 365 频率f (*10"14)5.20 5.496.887.418.22 U(v)-0.268-0.514-0.929-1.057-1.427计算：K=(-1.427+0.268) / (8.22-5.2) *10^14=3.8*10^-15h=ek=1.6*10-i9*3.8*10"-15 =6.14*10-34 (6.6-6.4)*10-34/6. 6*10-34*100%=3%【实验结果与分析】1. 通过上面的数据分析，得到的普朗克常量为 6.14*10-34与实际普朗克常量有一实验测得的电流特性曲线—上365皿 1-A=404. 7nm 卜上435. 8nm—上5址.lnm—斥祯丫皿答：光电管装在暗盒中一方面是防止光照射阴极，使得光电管的使用寿命降低；另一方面是，再用某一频率的光照射时，排出了其他频率光的干扰，提高测量精度。
(整理)光电管特性的研究.
课题光电管特性的研究1．了解光电效应实验的基本规律和光的量子性；教学目的 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；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。
重难点 1．光电管的伏安特性和光电特性；2．最小二乘法处理数据。
教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。
学时 3个学时一、前言光电效应是指在光的作用下，从物体表面释放电子的现象，所逸出的电子称为光电子。
这种现象是1887年赫兹研究电磁波时发现的。
在光电效应中，光不仅在被吸收或发射时以能量h 的微粒出现，而且以微粒形式在空间传播，充分显示了光的粒子性。
1905年爱因斯坦引入光量子理论，给出了光电效应方程，成功地解释了光电效应的全部实验规律。
1916年密立根用光电效应实验验证了爱因斯坦的光电效应方程，并测定了普朗克常量。
爱因斯坦和密立根都因为光电效应方面的杰出贡献，分别获得1921年和1923年诺贝尔物理学奖。
而今光电效应已经广泛地应用于各科技领域，例如利用光电效应制成的光电管、光电倍增管等光电转换其间，把光学量转换成电学量来测量。
光电元件已成为石油钻井、传真电报、自动控制等生产和科研中不可缺少的元件。
二、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24V稳压电源、12V可调稳压电源、13位数子电压表和电流表，分别指示光电管电压、光源电流和光电2流、调节光电管电压的电位器、调小灯电流的可变电阻）。
三、实验原理金属或金属化合物在光的照射下有电子逸出的现象，称为光电效应，或称为光电发射。
产生光电发射的物体表面通常接电源负极，所以又称为光电阴极，光电阴极往往不由纯金属制成，而常用锑钯或银氧钯的复杂化合物制成，因为这些金属化合物阴极的电子逸出功远较纯金属小，这样就能在较小光照下得到较大的光电流。
把光电阴极和另一个金属电极－阳极仪器封装在抽成真空的玻璃壳里就成了光电管。
光电管在现代科学技术中如自动控制、有声电影、电视、以及光讯号测量等方面都有重要的应用。
光电管伏安特性测试
• E=hυ-Ws,或1/2mV2=hυ-Ws
（1）
• 其中：h-普朗克常数公认值为6.62916×10-34J.scc
• υ-入射光的频率
• m-电子的质量
• V-光电子逸出金属表面时的初速度
• Ws-受电子照射的金属的逸出功（或功函数）
实验原理
• 在式（1）中，1/2mV2是没有受到电荷阻止，从金属中 逸出的电子的最大初动能。由（1）式可见，入射到金 属表面的光频率越高，逸出的电子最大初动能必然也 越大，正因为光电子具有很大初动能，所以即使阳极 不加电压也会有光电子落入而形成电流，甚至阳极相 对于阴极的电位低时也会有光电子落到阳极，直到阳 极电位低于某一个数值时，光电子都不能到达阳极， 光电流为零 。这个相对于阴极为负值的阳极电位Us被 称为光电效应的截止电位（或截止电压）。
实验原理
原理图
实验内容
一、测量准备 1.预热；2.调整距离；3.连线。
二、测量截止电压 1.选取“截止电压测试”并调零； 2.放置光阑、滤光片； 3.调节电压，观察电流变化，并记录电流为零时 的电压值，即截止电压； 4.更换滤光片，并记录相应的截止电压。
三、光电管伏安特性测试 1.选取并放置光阑、滤光片； 2.改变电压值，记录电压与相应的电流值。
1887年H.赫兹在验证电磁波存在时意外发现，一束光入射到金属表面，会有 电子从金属表面溢出，这个物理现象被称为光电效应。
1888年以后，W.哈耳瓦克斯，A.T.斯托列托夫.P.勒纳德等人对光电效应作了长 时间的研究，并总结出了光电效应的基本实验事实（1）光电发射率与光强成 正比；（2）光电效应存在一个阈频率（或称截止频率），当入射光的频率低 于某一阈值υ时，不论光的强度如何，都没有电子产生；（3）光电子的动能 与光强无关，但与入射的频率成正比；（4）光电效应是瞬时效应，一经光线 照射，立刻产生光电子，然而麦克斯韦的经典理论无法对上述实验事实作出 完整的解释。
光电效应实验教案
光电效应实验实验目的：1．了解光电效应的基本规律； 2．测量光电管的伏安特性曲线；2．验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常数。
实验原理：1．光电效应的实验规律金属在光的照射下释放出电子的现象叫做光电效应。
根据爱因斯坦的“光量子概念”，每一个电子具有能量E h ν=，当光照射到金属上时，其能量被电子吸收，一部分消耗于电子的逸出功W ，另一部分转换为电子逸出金属表面后的动能。
由能量守恒定律可得：212mv h W νν=- （1） （称为爱因斯坦光电方程） 光电方程圆满解释了光电效应基本实验事实：（1）仅当光频高于某一阈值时，才能从金属表面打出光电子； （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。
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U v 叫做遏止电势差，显然eU v =221νmv ，代入（1）式可得 h WU e eνν=- （2）（2）式表明，遏止电势差U v 是入射光频ν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 的量值以外，还可通过（2）式了解光电管的特性。
令ν=0，可得理想阴极的逸出电势等于曲线的纵轴截距，U 0=-W /e ；令U v =0，可得理想阴极的截止频率等于曲线的横轴截距，ν0=W /h 。
实际光电管的情况比较复杂，只能把两个截距U 0、ν0看作整体光电管的宏观参量。
2．验证爱因斯坦方程，求普朗克常数图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 ，设光频ν＞ν0，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图1实验原理图形成光电流I A，I A的量值由μA表读出。
仪器简介：本实验使用PC—Ⅱ型普朗克常数测定仪，它包括下列4部分：（1）光源：GGQ—50W高压汞灯，在320.3~872.0nm范围内有若干种单色光供选用。
测定光电管的伏安特性
光电管
小灯泡
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！
四、实验内容
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。
标实验点
i1 310mA r1 5.00cm
+
B(18.00,16.00)
光电特性曲线
（光电特性曲 线需用最小二 乘法拟合）。
A(0.00,4.00)
0
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.0014.00 16.00 18.00 20.00
U (V)
光电管伏安特性曲线
四、实验内容
i
( x x)( y x) ( x x) ( y y )
i 2 i i
2
I H b( 1 )a ? 2 r
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
难点：最小二乘法处理数据
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（h ）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
1 2 h mvmax W 2
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。
运用自制教具探究光电管中光电流的伏安特性
物理教学探讨Journal of Physics Teaching 第38卷总第542期2020年第8期Vol.38 No.5428 .2020 . 46 .现代］教 育运用自制教具探究光电管中光电流的伏安特性郭兴华南京市第一中学，南京210000摘 要:笔者fg 光电管i 制光电效应实验装置，定量、直观、快捷地获得光电流随电压变化的数据,并fg Excel 表格处理实验数据，从而帮助学生深度学习和理解光电流的伏安特性曲线。
关键词：i 制教具；光电7 ;伏安特性中图分类号:G633.7文献标识码:A文章编号：1003-6148(2020)8-0046-21 制作背景光电效应实验现象和规律是人们认识光的粒子性与提出光子说的重要基础，是高中近代物 理教学的重点和难点。
突破这一教学难点关键是做好光电效应实验规律的演示，由于实验室缺少 现成的实验器材，教师讲解费时费力,学生学习 单调抽象，教学效果不好。
笔者自制了教具，大胆创新，用实验直观展示物理现象,从而激发了学生的学习兴趣，培养了学生的创新能力。
2 制作过程2.1实验器材GD-28光电管(响应波长范围300nm~+70 nm ，如图1)、智能 (调 光%调入射光强度，如图2)、可调稳压直流电源(替代滑器与电压能， 3)、 、关、 。
2.2制作步骤(1) 和开关安装在小木板上，然后大木板的侧面，光源220 /交流电。
(2) 绘制探究光电流规律的实验电路图，并将直放置的大 。
(3) 按照图4中 光电管、微安表与调稳压直流电源。
了减少外界光实验的 响， 光电管 一 ，面开口与灯泡正对。
(4) 用 好， 光电管的与电 电源、电配。
(如图4)图1光电管图2智能七彩灯泡图3直流电源 图4实验装置3 实验过程3.1探究光电流与正向电压间的关系用 的，关闭教室 的。
用弱黄光照射光电管，这时观的示 0.25 A 。
这个电流光电流。
调节直流电源的电压 ，逐渐增大加在光电管 的电压， 观的示大。
光电效应物理实验报告
光电效应实验目的：(1)了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解(2)测量普朗克常量h。
实验仪器：ZKY-GD-4 光电效应实验仪1 微电流放大器2 光电管工作电源3 光电管4 滤色片5 汞灯实验原理：原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光电流。
改变外加电压V AK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管得伏安特性曲线。
1〕对于某一频率，光电效应I-V AK关系如下图。
从图中可见，对于一定频率，有一电压V0，当V AK≤V0时，电流为0，这个电压V0叫做截止电压。
2)当V AK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度成正比。
3〕对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图：4) 对于截止频率V0与频率的关系图如下所示。
V0与成正比关系。
当入射光的频率低于某极限值时，不管发光强度如何大、照射时间如何长，都没有光电流产生。
5〕光电流效应是瞬时效应。
即使光电流的发光强度非常微弱，只要频率大于，在开场照射后立即就要光电子产生，所经过的时间之多为10-9s的数量级。
实验内容及测量：1 将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，翻开汞灯遮光盖。
从低到高调节电压〔绝对值减小〕，观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的V AK值，以其绝对值作为该波长对应的值，测量数据如下：波长/nm 365 404.7 435.8 546.1 577频率/8.214 7.408 6.897 5.49 5.196截止电压/V 1.679 1.335 1.107 0.557 0.434频率和截止电压的变化关系如下图：由图可知：直线的方程是:y=0.4098x-1.6988 所以: h/e=0.4098×,当y=0，即时，，即该金属的截止频率为。
也就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。
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标实验点
i1 310mA r1 5.00cm
+
B(18.00,16.00)
光电特性曲线
（光电特性曲 线需用最小二 乘法拟合）。
A(0.00,4.00)
0
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.0014.00 16.00 18.00 20.00
U (V)
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 I H
b( 1 ) a，根据所测数据用最小二乘法求 2 r
出该直线的斜率b、截距a以及相关系数γ，由拟合的方程 在坐标纸上绘制光电管的 I H 1/ r 2曲线，并作曲线分析。
b
( x x)( y x) ( x x)
i i 2 i
a y b x
i
( x x)( y x) ( x x) ( y y )
i 2 i i
2
I H b( 1 )a ? 2 r
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
光电效应实 验仪
ห้องสมุดไป่ตู้
光电管
小灯泡
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。
光源发光点
阴极
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
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
ri （每次改变0.5cm或1.0cm）及对应的饱和
光电流值 I H 。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
I (μA)
20.00 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00
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。
光电倍增管
1 2 eU a mvmax 2
h eU a W
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 S ，阴极与发光强度为 r 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
S i 2 r
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）。 暗匣
大学物理实验
光电管特性的研究
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。 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。 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
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？
难点：最小二乘法处理数据
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（h ）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
1 2 h mvmax W 2
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。
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
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，
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
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 光 的转换。
如：光控继电器、 自动控制、自动计 数、自动报警等.
光控继电器示意图
放大器
接控件机构
2、光电倍增管
光电倍增管可使光电阴极 4 8 发出的光电子增至 10 ~ 10 倍，在探测弱光方面得到广 泛的应用。