專利名稱:一種新型光電效應(yīng)演示儀的制作方法
本實(shí)用新型屬物理教學(xué)儀器類。
已有的“光電效應(yīng)”教學(xué)演示儀器，如《物理通報(bào)》1984年第3期上刊登的“光電效應(yīng)演示器”，是J2508型光的干涉、衍射、偏振演示器的附件。其演示器雖能進(jìn)行光電效應(yīng)教學(xué)演示，但因設(shè)計(jì)構(gòu)造上的原因，產(chǎn)生的光電流很小，需經(jīng)微電流放大器放大1×105倍才能達(dá)到100－200μA。又由于該儀器采用的光電管體形小，不能承受強(qiáng)光照射。在平時(shí)和演示過(guò)程中，光電管都安置在一個(gè)暗盒中，使得學(xué)生不能直接觀察到光電管。加之該演示器在光電管和演示電表之間接入了學(xué)生未曾學(xué)到的微電流放大器，更不易使學(xué)生理解和掌握。
“光電效應(yīng)”是物理學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。1983年《物理教學(xué)》雜志上曾介紹了一些改進(jìn)方案。但因?yàn)槎疾捎昧爽F(xiàn)有商品光電管，而未能解決本質(zhì)問(wèn)題。
本實(shí)用新型的目的是對(duì)目前使用的光電效應(yīng)演示儀器的主件從構(gòu)造上和工藝上做了改進(jìn)，以增大演示光電流。并使光電管在演示過(guò)程中直接展現(xiàn)在觀察者面前，提高教學(xué)演示效果。
本光電效應(yīng)演示儀主要由光源部分(6)、光電管部分(7)、演示電路板(3a)、(3b)、(3c)和濾色片組(10)等部分組成。配套使用的儀器還有演示電壓表(4)演示電流表(5)等。本儀器的主件光電管采用了特制的光電管(12)。所采用的光電管在結(jié)構(gòu)上采取了加大管徑以增加光電陰極面積的方法，使光電管可以承受較大的光照，從而產(chǎn)生較大的演示光電流。光電管內(nèi)不充任何氣體，制成“純”堿金屬真空光電管。
將上述制備的光電管裝置在一個(gè)除向光源的面不透明外其余各面均由透明材料制成的保護(hù)盒(11)內(nèi)。由光電管管腳(17)接兩根引線分別從保護(hù)盒(11)的側(cè)面引出，供演示時(shí)連接電路之用。保護(hù)盒的向光源面上開(kāi)有一個(gè)直徑約90mm的窗口(9)，光源可通過(guò)該窗口照射到光電管陰極面(13)上。該窗口還可放置濾色片(10)。
在本光電效應(yīng)演示儀中，光源部分(6)的發(fā)光體采用了40－300w的普通燈泡，用放映燈泡效果更好。光源燈泡被一個(gè)暗盒罩住，暗盒向光電管的方向上也有一個(gè)直徑約90mm的窗口。
另外，本儀器中還設(shè)計(jì)有三塊演示電路板(3a)、(3b)、(3c)。每塊演示板上繪有電路圖(演示板上的黑線條)，并裝有連線用的橡膠插座。當(dāng)演示板(3a)、(3b)、(3c)與本儀器主件有機(jī)配合使用，可完成光電效應(yīng)的全部演示內(nèi)容。由于演示板上電路簡(jiǎn)單，便于學(xué)生理解，從而提高了演示效果。
在本實(shí)用新型中，上述的光電效應(yīng)演示儀的部件被設(shè)計(jì)安裝在一個(gè)儀器箱內(nèi)。該儀器箱的上面板上有一便于攜帶的提手把(24)。各面板之間采用抽芯鉸鏈和箱搭(25)、(26)、(27)、(28)連接固定。當(dāng)進(jìn)行演示時(shí)，打開(kāi)箱搭，去掉儀器箱的前面板(22)、上面板(21)和后面板(23)，將底面板(18)、右側(cè)面板(19)和左側(cè)面板(20)組裝成演示的光具座(8)。
本演示儀中配套使用的濾色片組采用彩色有機(jī)玻璃片制成，波長(zhǎng)分別為4400
、5000
、5500
、5900
、6200
、6500
。
經(jīng)上述方法改進(jìn)的光電效應(yīng)演示儀與目前使用的同類產(chǎn)品相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、演示儀的主件光電管尺寸大，演示光電流大，借助演示電表可供40－70人的教學(xué)演示，多至150人也可使用。
2、由于采用特制的光電管和強(qiáng)光源，最大演示光電流大于1mA，不需要微電流放大設(shè)備。而目前使用的光電效應(yīng)演示器則采用了1×105倍的微電流放大器。
3、光源強(qiáng)度(100－150w白熾燈泡)遠(yuǎn)大于室內(nèi)光線強(qiáng)度，故實(shí)驗(yàn)中可忽略室內(nèi)光線的影響。因此可在室內(nèi)光線下進(jìn)行教學(xué)演示，更便于學(xué)生觀察。從而克服了歷來(lái)只能在暗室進(jìn)行演示的傳統(tǒng)習(xí)慣。
4、光電管裝于透明保護(hù)盒中，便于演示時(shí)學(xué)生觀察光電管，使演示更加形象逼真。這也改變了傳統(tǒng)的用暗盒罩住的習(xí)慣。
5、所采用的光電管工作電壓范圍大(50－500v)，既適應(yīng)教學(xué)演示，也適用于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。
6、光源部分采用40－300w燈泡，造價(jià)低廉、易于更換。
7、該儀器的三塊演示板，可以與主件有機(jī)配合完成光電效應(yīng)的各項(xiàng)演示內(nèi)容，從而增加了演示的直觀效果。另外電路簡(jiǎn)單，便于學(xué)生掌握。
8、濾色片組采用彩色有機(jī)玻璃片制成，其優(yōu)點(diǎn)有①，便于加工，②，不易損壞。濾色片組為4400
、5000
、5500
、5900
、6200
、6500
。
9、儀器外殼可組裝成箱，便于攜帶。另外，使用時(shí)可組裝成光具座，使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
10、該儀器既可做定性演示，又可做定量演示(半定量實(shí)驗(yàn))，性能指標(biāo)為光電逸出功＜5％光電流與光強(qiáng)的線性關(guān)系＜10％伏安特性及飽和光電流的起伏＜10％截止電壓，計(jì)算普朗克常數(shù)20％左右。演示內(nèi)容有①光電效應(yīng)(光電子發(fā)射現(xiàn)象)，②光電效應(yīng)的瞬時(shí)性，③極限頻率，計(jì)算逸出功，④光電流與光強(qiáng)的線性關(guān)系，⑤光電管伏安特性曲線、飽和光電流，⑥光電子能量與頻率的線性關(guān)系，計(jì)算普朗克常數(shù)，⑦光電管的應(yīng)用(自動(dòng)控制)。
附圖1為本新型光電效應(yīng)演示儀的實(shí)驗(yàn)裝配圖之一。圖中(1)為自耦變壓器，(2)為整流器，(3a)為光電效應(yīng)演示板，(4)為演示電壓表，(5)為演示電流表，(6)為光源部分，(7)為光電管部分，(8)為組裝光具座，由儀器箱的底面板(18)、右側(cè)面板(19)和左側(cè)面板(20)組成。
附圖2是本實(shí)用新型光電效應(yīng)演示儀的光電管部分，圖中(9)為透光窗口，(10)為濾色片，(11)為光電管保護(hù)盒，(12)為光電管，
(13)為光電管陰極，(14)為光電管陽(yáng)極，(15)為光電管支架，(16)為光電管管底，(17)為光電管管腳。
附圖3是為本實(shí)用新型光電效應(yīng)演示儀配用的演示電路板示圖。圖中(3b)為截止電壓演示板，板上K表示開(kāi)關(guān)，C表示電容器。
(3c)為光電管應(yīng)用演示板，板上G表示繼電器、L表示小燈泡。
(圖3a、3b、3c中的小圓圈代表橡膠插座，板面下方的“
”代表折合支撐板)。
附圖4是本實(shí)用新型光電效應(yīng)演示儀儀器箱，圖中(18)為儀器箱底面板，(19)為儀器箱的右側(cè)面板，(20)為儀器箱的左側(cè)面板，(21)為儀器箱上面板，(22)為儀器箱前面板，(23)為儀器箱后面板，(24)為提手把，(25)、(26)、(27)、(28)為箱搭。
本實(shí)用新型光電效應(yīng)演示儀的光電管(12)管徑取80mm為宜。光電陰極(13)采用銻銫光電陰極，光電管的保護(hù)盒(11)用透明有機(jī)玻璃效果更好。光源部分(6)的發(fā)光體考慮造價(jià)和更換方便，采用100－150w普通白熾燈泡即可。此情況下最大演示光電流可大于1mA，足供教學(xué)演示之用。另外，與三塊演示電路板和濾色片組相配合，可完成七項(xiàng)演示內(nèi)容。三塊演示板用白色有機(jī)玻璃更好，其大小以能放入儀器箱中即可。
權(quán)利要求
1.一種由光源部分(6)、光電管部分(7)、光具座(8)、演示電路板(3a)、(3b)、(3c)、濾色片組(10)和光電管保護(hù)盒(11)等組成的光電效應(yīng)演示儀，其主要特征在于采用了堿金屬真空光電管(12)和40-300W燈泡光源(6)，所述光電管采用30-200mm管徑的玻殼，體形增大，相應(yīng)地也使光電陰極(13)的面積增大。三塊演示電路板(3a)、(3b)、(3c)上畫有電路圖，裝有供接線用的橡膠插座和個(gè)別簡(jiǎn)單元件。該三塊演示板(3a)(3b)(3c)及光源部分(6)、光電管部分(7)、濾色片組等被設(shè)計(jì)安裝在一個(gè)儀器箱內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的光電效應(yīng)演示儀，其特征在于所述的光電管保護(hù)盒(11)除向光源的面不透明外，其余各面均用透明材料制成，保護(hù)盒(11)的向光源面上開(kāi)有一直徑約90mm的窗口，該窗口上可放置濾色片(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的光電效應(yīng)演示儀，其特征在于所述的儀器箱的各面板之間采用抽芯鉸鏈和箱搭(25)(26)(27)(28)連接固定，打開(kāi)儀器箱，由底面板(18)，右側(cè)面板(19)和左側(cè)面板(20)組裝成簡(jiǎn)易光具座(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1和2所述的光電效應(yīng)演示儀，其特征在于所述的濾色片組(10)是用彩色有機(jī)玻璃制成。
專利摘要
一種新型光電效應(yīng)演示儀，屬物理教學(xué)儀器類。本演示儀采用了特制的光電管和較強(qiáng)的光源。最大演示光電流在不加任何放大設(shè)備的情況下可達(dá)1mA以上。該儀器可在室內(nèi)光線下進(jìn)行各項(xiàng)演示。配用為該儀器設(shè)計(jì)的三塊演示板，可完成光電效應(yīng)的各項(xiàng)定性或定量演示。該儀器可供教學(xué)演示，也可作學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，是一臺(tái)比較理想的教學(xué)儀器。
文檔編號(hào)G09B23/22GK85201093SQ85201093
公開(kāi)日1986年2月5日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者李祥生 申請(qǐng)人:陜西師范大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan