一種采用led光源的光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種采用LED光源的光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置。它是在一個(gè)遮光箱體內(nèi)設(shè)置八只不同波長的RCLED(諧振腔發(fā)光二極管)單色光源，光源發(fā)出的光均可耦合到導(dǎo)光纖維中，導(dǎo)光纖維出口設(shè)置擴(kuò)束透鏡及準(zhǔn)直透鏡，后面設(shè)置光電管。LED由恒流源驅(qū)動(dòng)，亮度采用PWM調(diào)節(jié)?？烧{(diào)電壓源與光電管并聯(lián)，微電流測量放大器與光電管串聯(lián)。依次點(diǎn)亮LED單色光源，測繪出不同單色光照射下光電管的I-V曲線，確定遏止電壓，就可計(jì)算出普朗克常數(shù)。本實(shí)用新型采用RCLED作為單色光源，光源單色性能好，波長穩(wěn)定性高，有利于提高實(shí)驗(yàn)精度，LED光源壽命長，實(shí)驗(yàn)時(shí)不需預(yù)熱，可以隨時(shí)點(diǎn)亮或關(guān)閉，亮度調(diào)節(jié)方便。
【專利說明】一種采用LED光源的光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)裝置，具體是涉及一種光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光電效應(yīng)是指在一定頻率的光照射下，電子從金屬表面溢出的現(xiàn)象，這種電子稱為光電子。光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)對(duì)光的本性即波粒二象性的認(rèn)識(shí)，具有極為重要的意義，它給量子論以直觀、明確的論證。普朗克常數(shù)是物理學(xué)中一個(gè)很重要的基本常數(shù)，它可以通過光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)簡單而有效地測出，所以光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解量子理論。而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光電效應(yīng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防等許多領(lǐng)域。因此，光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)就成為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中一個(gè)非常經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)多采用高壓汞燈作為光源，通過濾色片獲得五種不同波長即365nm、405nm、436nm、546nm、577nm的單色光，測繪出不同單色光照射下光電管的1-V曲線，然后通過“拐點(diǎn)法”或“零點(diǎn)法”確定光電管的遏止電壓，進(jìn)而根據(jù)單色光頻率與遏止電壓之間的關(guān)系即可得到普朗克常數(shù)。這種裝置采用高壓汞燈作為光源存在以下不足:
[0003]其一，高壓汞燈的驅(qū)動(dòng)電源比較復(fù)雜，穩(wěn)定性要求也比較高，容易損壞。而且必須預(yù)熱20分鐘以上才能正常工作，一旦關(guān)閉不能立即點(diǎn)亮，否則燈管非常容易燒壞。
[0004]其二，高壓汞燈亮度不易調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)中只能通過改變光源與光電管之間的距離來調(diào)節(jié)入射光的強(qiáng)度。
[0005]其三，采用濾色片獲得的單色光單色性不好，并且只有五種單色光。
[0006]其四，實(shí)驗(yàn)中要不斷更換濾色片，一不小心就會(huì)將濾色片摔壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本實(shí)用新型提出一種采用LED光源的光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置采用RCLED (諧振腔發(fā)光二極管)作為單色光源，該光源單色性能好，波長穩(wěn)定性高，壽命長，驅(qū)動(dòng)簡單，不需預(yù)熱，采用PWM方式調(diào)節(jié)亮度準(zhǔn)確方便。
[0008]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在一個(gè)遮光箱體內(nèi)設(shè)置八只不同波長的LED單色光源，LED光源發(fā)出的光均可耦合到導(dǎo)光纖維中，導(dǎo)光纖維出口處設(shè)置擴(kuò)束透鏡及準(zhǔn)直透鏡，后面設(shè)置光電管。LED光源通過接口與電源控制器相連，LED光源由恒流源驅(qū)動(dòng)，通過恒流源電流調(diào)節(jié)旋鈕可以調(diào)節(jié)電流大小，并可在電流顯示屏上顯示出來，光源的亮度采用PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)節(jié)，因?yàn)檫@種方式效率更高，電流控制也更精準(zhǔn)，而且不會(huì)產(chǎn)生任何色譜偏移。電源控制器上設(shè)置八個(gè)開關(guān)控制按鍵，分別控制八只不同波長的LED單色光源的開關(guān)?？烧{(diào)電壓源與光電管并聯(lián)，通過旋鈕可以調(diào)節(jié)光電管兩端的電壓大小，并可通過電壓顯示屏顯示出來。微電流測量放大器與光電管串聯(lián)，用來測量其中的電流，并可通過電流顯示屏顯示出來。通過電源控制器上的光源開關(guān)控制按鍵，依次點(diǎn)亮八只不同波長的LED單色光源，調(diào)節(jié)恒流源輸出合適的電流，調(diào)節(jié)PWM調(diào)光控制調(diào)節(jié)旋鈕使入射光亮度合適，單色光經(jīng)導(dǎo)光纖維輸出，經(jīng)擴(kuò)束透鏡及準(zhǔn)直透鏡，變成平行光，入射到光電管上，通過可調(diào)電壓源改變光電管兩端的電壓大小，通過微電流測量放大器測出光電管中對(duì)應(yīng)的電流，測繪出不同單色光照射下光電管的1-V曲線，然后通過“拐點(diǎn)法”或“零點(diǎn)法”確定光電管的遏止電壓，最后就可計(jì)算出普朗克常數(shù)。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是，采用RCLED作為單色光源，光源單色性能好并且波長穩(wěn)定性聞，有利于提聞實(shí)驗(yàn)精度，LED光源壽命長，驅(qū)動(dòng)簡單，實(shí)驗(yàn)時(shí)不需預(yù)熱，可以隨時(shí)點(diǎn)売或關(guān)閉，并且売度調(diào)節(jié)方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0011]附圖是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中1.LED光源一，2.LED光源二，3.LED光源三，4.LED光源四，5.導(dǎo)光纖維，6.擴(kuò)束透鏡，7.準(zhǔn)直透鏡，8.光電管，9.LED光源五，10.LED光源六，11.LED光源七，12.LED光源八，13.LED光源與電源控制器接口一，14.LED光源與電源控制器接口二，15.恒流源電流顯示屏，16.恒流源電流調(diào)節(jié)旋鈕，17.LED光源PWM調(diào)光控制調(diào)節(jié)旋鈕，18.LED光源與電源控制器接口三，19.LED光源與電源控制器接口四，20.LED光源一開關(guān)控制按鍵，21.LED光源二開關(guān)控制按鍵，22.LED光源三開關(guān)控制按鍵，23.LED光源四開關(guān)控制按鍵，24.LED光源五開關(guān)控制按鍵，25.LED光源六開關(guān)控制按鍵，26.LED光源七開關(guān)控制按鍵，27.LED光源八開關(guān)控制按鍵，28.光電管與可調(diào)電壓源接口一，29.光電管與可調(diào)電壓源接口二，30.光電管與微電流測量放大器接口一，31.光電管與微電流測量放大器接口二，32.可調(diào)電壓源電壓顯示屏，33.可調(diào)電壓源電壓調(diào)節(jié)旋鈕，34.微電流測量放大器電流顯示屏，35.遮光箱體。
【具體實(shí)施方式】
[0013]圖中，在一個(gè)遮光箱體35內(nèi)設(shè)置八只不同波長的LED單色光源，分別為LED光源-1, LED光源二 2，LED光源三3，LED光源四4，LED光源五9，LED光源六10，LED光源七ILLED光源八12，LED光源發(fā)出的光均可耦合到導(dǎo)光纖維5中，導(dǎo)光纖維5出口處設(shè)置擴(kuò)束透鏡6及準(zhǔn)直透鏡7，后面設(shè)置光電管8。光源通過接口，分別是LED光源與電源控制器接口一 13，LED光源與電源控制器接口二 14，LED光源與電源控制器接口三18，LED光源與電源控制器接口四19，與電源控制器相連，LED光源由恒流源驅(qū)動(dòng)，通過恒流源電流調(diào)節(jié)旋鈕16可以調(diào)節(jié)電流大小，并可在恒流源電流顯示屏15上顯示出來，光源的亮度可以通過LED光源PWM調(diào)光控制調(diào)節(jié)旋鈕17來調(diào)節(jié)。電源控制器上設(shè)置八個(gè)開關(guān)控制按鍵，分別為LED光源一開關(guān)控制按鍵20，LED光源二開關(guān)控制按鍵21，LED光源三開關(guān)控制按鍵22，LED光源四開關(guān)控制按鍵23，LED光源五開關(guān)控制按鍵24，LED光源六開關(guān)控制按鍵25，LED光源七開關(guān)控制按鍵26，LED光源八開關(guān)控制按鍵27，分別控制八只不同波長的LED單色光源的開關(guān)?？烧{(diào)電壓源通過接口，分別是光電管與可調(diào)電壓源接口一 28，光電管與可調(diào)電壓源接口二 29，與光電管8并聯(lián)，通過可調(diào)電壓源電壓調(diào)節(jié)旋鈕33可以調(diào)節(jié)光電管8兩端的電壓大小，并可通過可調(diào)電壓源電壓顯示屏32顯示出來。微電流測量放大器通過接口，分別是光電管與微電流測量放大器接口一 30,光電管與微電流測量放大器接口二 31,與光電管8串聯(lián)，用來測量其中的電流，并可通過微電流測量放大器電流顯示屏34顯示出來。
[0014]具體實(shí)驗(yàn)操作步驟為:
[0015](I)通過電源控制器上的光源開關(guān)控制按鍵點(diǎn)亮一只LED單色光源，比如通過LED光源一開關(guān)控制按鍵20點(diǎn)亮LED光源一 I，通過恒流源電流調(diào)節(jié)旋鈕16調(diào)節(jié)恒流源輸出合適的電流，通過LED光源PWM調(diào)光控制調(diào)節(jié)旋鈕17使入射光亮度合適。
[0016](2)調(diào)節(jié)擴(kuò)束透鏡6及準(zhǔn)直透鏡7使導(dǎo)光纖維5輸出的單色光成為平行光，照射到光電管8上。
[0017](3)通過可調(diào)電壓源電壓調(diào)節(jié)旋鈕33調(diào)節(jié)光電管8兩端的電壓大小，通過微電流測量放大器測出光電管8中對(duì)應(yīng)的電流。
[0018](4)測繪出該單色光照射下光電管8的1-V曲線，然后通過“拐點(diǎn)法”或“零點(diǎn)法”確定光電管的遏止電壓Us。
[0019](5)同樣，測出其他七只不同波長的LED單色光源照射下光電管8的1-V曲線，確定光電管8對(duì)應(yīng)的遏止電壓。
[0020](6)根據(jù)測得的八種不同波長單色光的頻率與遏止電壓，通過作圖法做出Us~V關(guān)系曲線，應(yīng)為一條直線，求出直線斜率k，也可以通過最小二乘法利用公式求出該斜率k，代入公式h=ke，e=l.602 X IO^19C,即可求出普朗克常數(shù)h，
[0021]并可與普朗克常數(shù)h的公認(rèn)值h=6.626X10_34J.s比較，求出相對(duì)誤差。
[0022]以上對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了闡述，但是本實(shí)用新型所介紹的實(shí)施例并沒有限制的意圖，在不背離本實(shí)用新型主旨的范圍內(nèi)，本實(shí)用新型可有多種變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種采用LED光源的光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置，包括一個(gè)遮光箱體，箱體內(nèi)設(shè)置LED單色光源，LED光源發(fā)出的光均可耦合到導(dǎo)光纖維中，導(dǎo)光纖維出口處設(shè)置擴(kuò)束透鏡及準(zhǔn)直透鏡，后面設(shè)置光電管，其特征是=LED單色光源采用RCLED (諧振腔發(fā)光二極管)單色光源，這種光源單色性能好，波長穩(wěn)定性高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用LED光源的光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:箱體內(nèi)設(shè)置的RCLED(諧振腔發(fā)光二極管)單色光源數(shù)目為八只。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用LED光源的光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:LED光源通過接口與電源控制器相連，LED光源由恒流源驅(qū)動(dòng)，通過恒流源電流調(diào)節(jié)旋鈕可以調(diào)節(jié)電流大小，并可在電流顯示屏上顯示出來。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用LED光源的光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:LED光源的亮度采用PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)節(jié)，因?yàn)檫@種方式效率更高，電流控制也更精準(zhǔn)，而且不會(huì)產(chǎn)生任何色譜偏移。
【文檔編號(hào)】G09B23/06GK203552534SQ201320584638
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】田凱, 李慧, 馬貞, 薛春玲, 賈潔 申請(qǐng)人:黃河科技學(xué)院