光电管特性的研究

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。

一、教学目的

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。

二、教学要求

1、实验三小时完成。

2、观察光电管结构和光电效应现象，理解光的量子性。

3、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。

4、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。

5、用所学过的知识解释本次实验所测得的曲线，并对实验结果进行评价，写出合格的实验报告。

三、教学重点和难点

1、重点：通过光电管的伏安特性和光电特性，掌握光电效应迈的实验原理。

2、难点：最小二乘法处理数据。

四、讲授内容（约20分钟）

采用讲授、讨论、演示相结合的教学方法。

1、光电效应的实验原理。

2、与学生们共同探讨光电效应在现代生产生活中的应用。

(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的转换。如：光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等。

(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。

3、光电管的伏安特性曲线的特点和光电特性的特点，留给学生思考如何用所学知识解释这些特点，并在实验报告中回答。

4、结合仪器演示实验的主要步骤。

（1）测光电管的伏安特性曲线

⑴ 按教材图5.12－4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。

⑵ 选取合适的小灯电流值。测量前先测出小灯泡与光电管阴极间的初始间距，并记录。

⑶ 研究光电管正向伏安特性。由于光电管的伏安特性为非线性曲线，因此，在非线性区域，测试点应多一些。

⑷ 测临界截止电压。将光电管接线的极性对调，即在光电管两极加上反向电压，使光电管阳极为负电势，慢慢增大反向电压，记下使光电流刚好为零的电压值，即为临界截止电压。

⑸ 研究光电管在不同光强照射下的伏安特性，采用两种方法。

①使小灯电流降低，重复步骤⑶、⑷，测读并记录实验数据。注意不要改变光源与光电管的距离。

②使暗箱滑板距离为（一般取左右），重复步骤⑶、⑷，测读并记录实验数据。注意不要改变灯电流值的大小。

⑹ 根据记录数据，绘制三条伏安特性曲线。

（2）测定饱和光电流与阴极上光通量的关系

⑴ 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。注意光源电流值不改变。调整粘滞系数测量装置

⑵ 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（每次改变或）及对应的饱和光电流值。至少测读组数据。

6、用所测数据粗略描点画出伏安特性曲线和光电特性曲线。

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，如光源电流过大，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、指导要点

1、打开暗箱观察内部结构，暗箱由光电管、小灯泡和滑板构成。

2、将暗箱与光电效应仪用导线相连，测量出光电管阴极与光源（小灯泡的发光点）的初始距离。

3、第一条伏安特性曲线的光源电流需调节合适，一般让这个值尽量大，在确定光源到光电管距离后，调节光源电流只要光电流不溢出即可。

4、第二条伏安特性时r不变，光源电流降低10mA左右；第三条曲线光源电流不变，拉大r。

5、研究光电管的光电特性时，应根据伏安特性曲线找到加在光电管两极的电压为产生饱和光电流的电压值，将光电管电压调到此电压，保持此电压和光源电流不变，改变光源到光电管阴极的距离，一般从近到远，以免向里推导致光电流溢出。

光电管特性的研究（精）