一種新型光電效應演示儀的製作方法
2023-05-17 04:42:01 2
專利名稱:一種新型光電效應演示儀的製作方法
本實用新型屬物理教學儀器類。
已有的「光電效應」教學演示儀器，如《物理通報》1984年第3期上刊登的「光電效應演示器」，是J2508型光的幹涉、衍射、偏振演示器的附件。其演示器雖能進行光電效應教學演示，但因設計構造上的原因，產生的光電流很小，需經微電流放大器放大1×105倍才能達到100－200μA。又由於該儀器採用的光電管體形小，不能承受強光照射。在平時和演示過程中，光電管都安置在一個暗盒中，使得學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錶之間接入了學生未曾學到的微電流放大器，更不易使學生理解和掌握。
「光電效應」是物理學教學中的重點和難點。1983年《物理教學》雜誌上曾介紹了一些改進方案。但因為都採用了現有商品光電管，而未能解決本質問題。
本實用新型的目的是對目前使用的光電效應演示儀器的主件從構造上和工藝上做了改進，以增大演示光電流。並使光電管在演示過程中直接展現在觀察者面前，提高教學演示效果。
本光電效應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採用了特製的光電管(12)。所採用的光電管在結構上採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，從而產生較大的演示光電流。光電管內不充任何氣體，製成「純」鹼金屬真空光電管。
將上述製備的光電管裝置在一個除向光源的面不透明外其餘各面均由透明材料製成的保護盒(11)內。由光電管管腳(17)接兩根引線分別從保護盒(11)的側面引出，供演示時連接電路之用。保護盒的向光源面上開有一個直徑約90mm的窗口(9)，光源可通過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)。
在本光電效應演示儀中，光源部分(6)的發光體採用了40－300w的普通燈泡，用放映燈泡效果更好。光源燈泡被一個暗盒罩住，暗盒向光電管的方向上也有一個直徑約90mm的窗口。
另外，本儀器中還設計有三塊演示電路板(3a)、(3b)、(3c)。每塊演示板上繪有電路圖(演示板上的黑線條)，並裝有連線用的橡膠插座。當演示板(3a)、(3b)、(3c)與本儀器主件有機配合使用，可完成光電效應的全部演示內容。由於演示板上電路簡單，便於學生理解，從而提高了演示效果。
在本實用新型中，上述的光電效應演示儀的部件被設計安裝在一個儀器箱內。該儀器箱的上面板上有一便於攜帶的提手把(24)。各面板之間採用抽芯鉸鏈和箱搭(25)、(26)、(27)、(28)連接固定。當進行演示時，打開箱搭，去掉儀器箱的前面板(22)、上面板(21)和後面板(23)，將底面板(18)、右側面板(19)和左側面板(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採用彩色有機玻璃片製成，波長分別為4400
、5000
、5500
、5900
、6200
、6500
。
經上述方法改進的光電效應演示儀與目前使用的同類產品相比，具有如下優點1、演示儀的主件光電管尺寸大，演示光電流大，藉助演示電錶可供40－70人的教學演示，多至150人也可使用。
2、由於採用特製的光電管和強光源，最大演示光電流大於1mA，不需要微電流放大設備。而目前使用的光電效應演示器則採用了1×105倍的微電流放大器。
3、光源強度(100－150w白熾燈泡)遠大於室內光線強度，故實驗中可忽略室內光線的影響。因此可在室內光線下進行教學演示，更便於學生觀察。從而克服了歷來只能在暗室進行演示的傳統習慣。
4、光電管裝於透明保護盒中，便於演示時學生觀察光電管，使演示更加形象逼真。這也改變了傳統的用暗盒罩住的習慣。
5、所採用的光電管工作電壓範圍大(50－500v)，既適應教學演示，也適用於學生分組實驗。
6、光源部分採用40－300w燈泡，造價低廉、易於更換。
7、該儀器的三塊演示板，可以與主件有機配合完成光電效應的各項演示內容，從而增加了演示的直觀效果。另外電路簡單，便於學生掌握。
8、濾色片組採用彩色有機玻璃片製成，其優點有①，便於加工，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，便於攜帶。另外，使用時可組裝成光具座，使用方便，結構簡單。
10、該儀器既可做定性演示，又可做定量演示(半定量實驗)，性能指標為光電逸出功＜5％光電流與光強的線性關係＜10％伏安特性及飽和光電流的起伏＜10％截止電壓，計算普朗克常數20％左右。演示內容有①光電效應(光電子發射現象)，②光電效應的瞬時性，③極限頻率，計算逸出功，④光電流與光強的線性關係，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係，計算普朗克常數，⑦光電管的應用(自動控制)。
附圖1為本新型光電效應演示儀的實驗裝配圖之一。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)、右側面板(19)和左側面板(20)組成。
附圖2是本實用新型光電效應演示儀的光電管部分，圖中(9)為透光窗口，(10)為濾色片，(11)為光電管保護盒，(12)為光電管，
(13)為光電管陰極，(14)為光電管陽極，(15)為光電管支架，(16)為光電管管底，(17)為光電管管腳。
附圖3是為本實用新型光電效應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表示開關，C表示電容器。
(3c)為光電管應用演示板，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是本實用新型光電效應演示儀儀器箱，圖中(18)為儀器箱底面板，(19)為儀器箱的右側面板，(20)為儀器箱的左側面板，(21)為儀器箱上面板，(22)為儀器箱前面板，(23)為儀器箱後面板，(24)為提手把，(25)、(26)、(27)、(28)為箱搭。
本實用新型光電效應演示儀的光電管(12)管逕取80mm為宜。光電陰極(13)採用銻銫光電陰極，光電管的保護盒(11)用透明有機玻璃效果更好。光源部分(6)的發光體考慮造價和更換方便，採用100－150w普通白熾燈泡即可。此情況下最大演示光電流可大於1mA，足供教學演示之用。另外，與三塊演示電路板和濾色片組相配合，可完成七項演示內容。三塊演示板用白色有機玻璃更好，其大小以能放入儀器箱中即可。
權利要求
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)和光電管保護盒(11)等組成的光電效應演示儀，其主要特徵在於採用了鹼金屬真空光電管(12)和40-300W燈泡光源(6)，所述光電管採用30-200mm管徑的玻殼，體形增大，相應地也使光電陰極(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別簡單元件。該三塊演示板(3a)(3b)(3c)及光源部分(6)、光電管部分(7)、濾色片組等被設計安裝在一個儀器箱內。
2.根據權利要求
1所述的光電效應演示儀，其特徵在於所述的光電管保護盒(11)除向光源的面不透明外，其餘各面均用透明材料製成，保護盒(11)的向光源面上開有一直徑約90mm的窗口，該窗口上可放置濾色片(10)。
3.根據權利要求
1所述的光電效應演示儀，其特徵在於所述的儀器箱的各面板之間採用抽芯鉸鏈和箱搭(25)(26)(27)(28)連接固定，打開儀器箱，由底面板(18)，右側面板(19)和左側面板(20)組裝成簡易光具座(8)。
4.根據權利要求
1和2所述的光電效應演示儀，其特徵在於所述的濾色片組(10)是用彩色有機玻璃製成。
專利摘要
一種新型光電效應演示儀，屬物理教學儀器類。本演示儀採用了特製的光電管和較強的光源。最大演示光電流在不加任何放大設備的情況下可達1mA以上。該儀器可在室內光線下進行各項演示。配用為該儀器設計的三塊演示板，可完成光電效應的各項定性或定量演示。該儀器可供教學演示，也可作學生分組實驗，是一臺比較理想的教學儀器。
文檔編號G09B23/22GK85201093SQ85201093
公開日1986年2月5日 申請日期1985年4月1日
發明者李祥生 申請人:陝西師範大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan