一種開放式光電效應實驗儀的製作方法

2023-10-06 07:37:04 2

本實用新型屬於光電效應試驗裝置技術領域，涉及一種開放式光電效應實驗儀。

背景技術：

光電效應實驗需要測量普朗克常量和光電管伏安特性，驗證光電流與光強的關係。傳統的光電效應實驗儀僅用測普朗克常量。傳統的光電效應實驗儀在測量飽和電流與光強關係時，由於普通的汞燈光源發光面小，光能量空間分布差別較大，利用光闌調節光強過程中，光強與光闌孔徑面積線性關係很差，實驗效果差。金屬汞有毒，汞燈工作電壓高，耗電量大，發熱量大。

傳統的光電效應實驗儀只能完成簡單的驗證性實驗，很難進行拓展實驗內容，培養學生創新能力。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是：提供一種開放式光電效應實驗儀，能夠增加光源發光面，改善光強分布均勻性，改變光強增加儀器穩定性，可進行固體和液體的光吸收實驗，定量測量樣品的光吸收係數，光強和光闌孔徑面積線性關係好，實驗效果好，以克服現有技術中存在的問題。

本實用新型採取的技術方案為：一種開放式光電效應實驗儀，包括LED光源、多塊不同顏色的濾光片、光圈、凸透鏡、凹透鏡、樣品臺和光電管，LED光源安裝在密封殼體左側壁上，殼體中部設置有擋光板，擋光板設置有正對LED光源的透光孔，多塊濾光片安裝在轉盤上且保證轉盤轉動後每塊濾光片能夠對正透光孔，轉盤可旋轉地安裝在擋光板右側，光圈、凸透鏡和凹透鏡依次從左至右地安裝在套筒內且保證中心正對透光孔，套筒右端連接在試樣腔左外側壁上，試樣腔內安裝有樣品轉臺，樣品轉臺右側有活動擋光片，試樣腔右側壁為可拆卸結構且安裝有光電管，光電管與透光孔同心。

優選的，上述轉盤伸出殼體上側壁，並在轉盤圓柱面上設置有稜條，且其側面設置有表示單色光大小的指示標誌，殼體上側壁設置有指針，轉盤轉動後指針可正對指示標誌中心。

優選的，上述圓形樣品轉臺上表面周向均勻分布6個方孔，其底部通過轉軸可旋轉地安裝在支撐板上，6個方孔分布在一個半圓上，轉軸下端設置有旋鈕，旋鈕上設置有刻度，刻度指針設置在支撐板上。

優選的，上述方孔側壁上設置有兩塊對稱的彈簧片。

優選的，上述光圈設置有調節光孔大小的手動按鈕，手動按鈕伸出到殼體側壁外。

本實用新型的有益效果：與現有技術相比，本實用新型的效果如下：

(1)本實用新型通過LED光源發光後照射到濾光片，濾光片濾過的光通過光圈、凸透鏡、凹透鏡後照射到光電管上，實現光電效應的普朗克常量測定以及光伏特性，LED光源發光面大，光能量空間分布差別較小，利用光闌調節光強過程中，光強與光闌孔徑面積線性關係好，實驗效果好，且相比汞燈無毒，其電壓低，耗電量大，節能，發熱量小，減少熱輻射，測試影響小看，用光圈對光強度進行調節,再使用凸透鏡和凹透鏡對光束進行調節，形成細光束，使光束的光強分布均勻，測試更加精確；

(2)本實用新型中增加了試樣放置臺，光線通過凹透鏡後照射到試樣上，實現試樣的光吸收測試，增加了試驗儀的功能性，光吸收測試數據精確可靠，每次只需放置試樣到密封試樣放置臺上，試驗效率高；

(3)本實用新型通過轉臺上設置不同波長的濾光片，從而實現不同波長的過濾，以及不同波長的試驗測試，測試效率高，本實用新型還具有結構簡單、成本低、使用維護方便快捷的特點；

(4)本實用新型同時具有傳統光電效應實驗儀和分光光度計功能，可以測量普朗克常數，還可以測試樣的光吸收係數，能夠實現驗證性試驗，還能夠進行拓展性試驗，易於培養學生的創新能力。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型的樣品轉臺結構示意圖。

圖中，1-LED光源，2-濾光片，3-光圈，4-凸透鏡，5-凹透鏡，6-樣品轉臺，7-光電管，8-殼體，9-擋光板，10-透光孔，11-轉盤，12-套筒，13-試樣腔，14-支撐板，15-旋鈕，16-方孔，17-手動按鈕，18-活動頂蓋，19-固定軸，20-轉軸，21-活動檔光片，22-密封環。

具體實施方式

下面結合附圖及具體的實施例對本實用新型進行進一步介紹。

實施例1：如圖1-圖2所示，一種開放式光電效應實驗儀，包括LED光源1、多塊不同顏色的濾光片2、光圈3、凸透鏡4、凹透鏡5、樣品臺6和光電管7，LED光源1安裝在密封殼體8左側壁上，殼體8中部設置有擋光板9，擋光板9設置有正對LED光源1的透光孔10，多塊濾光片2安裝在轉盤11上且保證轉盤11轉動後每塊濾光片2能夠對正透光孔10，轉盤11可旋轉地安裝在擋光板9右側，光圈3、凸透鏡4和凹透鏡5依次從左至右地安裝在套筒12內且保證中心正對透光孔10，套筒12右端連接在試樣腔13左外側壁上，其左端設置有彈性的密封環22，能夠保證密封效果，避免透光，試樣腔13內安裝有樣品轉臺6，樣品轉臺6右側有活動擋光片21，其頂部設置有活動頂蓋18，試樣腔13右側壁為可拆卸結構且安裝有光電管7，光電管7與透光孔10同心，濾光片採用0、405nm、436nm、477nm、546nm和578nm的多塊濾光片安裝在轉盤上，光電管7電信號由75Ω電纜線接入測試儀，光電管電源由測試儀的微電流放大器供電，電源線使用一端帶連接金屬片，另一端為電纜插頭。

優選的，上述轉盤11伸出殼體8上側壁，並在轉盤11圓柱面上設置有稜條，且其側面設置有表示單色光大小的指示標誌，殼體8上側壁設置有指針，轉盤11轉動後指針可正對指示標誌中心，通過設置的指示標誌以及指針能夠確定採用何種單色光的濾光片，操作方便快捷，指示醒目。

優選的，上述樣品轉臺6上表面周向均勻分布6個方孔16，其底部通過轉軸13可旋轉地安裝在支撐板14上，6個方孔分布在一個半圓上，另一個半圓上分布設置有固體樣品放置標識線，轉軸13下端設置有旋鈕15，旋鈕15上設置有刻度，刻度指針設置在支撐板14上，通過旋轉的支撐板能實現多個試樣的一次安裝一次測試，大大提高測試效率和測試精度，採用刻度便於進行不同試樣的同時測試的數據識別。

優選的，上述方孔16側壁上設置有兩塊對稱的彈簧片，通過彈簧片能夠將樣品池固定且自定位。

優選的，上述光圈3設置有調節光孔大小的手動按鈕17，手動按鈕17伸出到殼體8側壁外，轉動手動按鈕17對光圈光強進行調節。

優選的，在樣品轉臺6和光電管7之間設置活動擋光片21，此擋光片21由頂部狹縫插入，並可手動控制。

在本實用新型中，LED光源1由採用低壓白光LED燈泡，焊接固定在一塊小電路板上，電路板用螺釘固定在一塊金屬鐵片上，鐵片厚度與外殼相同，四角和外殼相應位置鑽有四個螺孔，用於安裝光源。

在本實用新型中，轉盤11由金屬鐵製成，中心小孔，安裝在轉軸上，盤上均勻分布6個圓孔，圓孔安裝濾光片。

在本實用新型中，由手動光圈、凸透鏡、凹透鏡組成的調光系統裝在套筒內，手動光圈、凸透鏡、凹透鏡做成相對獨立部分，套筒右端採用螺紋與試樣腔左外側壁連接，左端通過設置彈性的密封環與轉盤保持密封。

在本實用新型中，樣品轉臺用聚乙烯塑料製成，其中心有螺孔，可用螺釘將樣品轉臺固定在底部的轉軸上，樣品池方孔兩側分別一條有彈性的薄金屬片，彈性金屬片可用強力膠水粘連，樣品轉臺既可以放置液體樣品，又可以放置固體樣品。

在本實用新型中，樣品轉臺的旋鈕固定在轉軸的下端，採用螺紋連接，呈圓形，側面設置12條長刻度線將圓柱面均分，兩長線間刻5條短線，使旋轉精度為3.0度，長線下刻數字，標識樣品池序號，1-6號對應液體樣品池，7-12對應固體樣品，旋鈕上的數字序號與樣品轉臺序號與軸心連線相差90度。

實施例2：一種開放式光電效應實驗儀的操作方法，該方法包括以下步驟：

(1)將測試儀及LED汞燈電源接通，預熱5-8分鐘；

(2)將光圈調整到關閉狀態，樣品池窗口為空狀態，旋轉樣品池樣品轉臺，使樣品池窗口處於光路上，光線自由通過；

(3)用專用連接線將光電管暗箱電壓輸入端與測試儀電壓輸出端連接；

(4)儀器在充分預熱後，進行測試前調零；請先將電器箱與光電管斷開，在無光電管電流輸入的情況下，對測試儀微電流測試進行調零和校準；

(5)用高頻匹配電纜將光電管暗箱電流輸出端K與測試儀微電流輸入端連接；

(6)進行光電管特性與普朗克常數測量以及測樣品對單色光的吸收係數。

優選的，上述進行光電管特性測量時，光電管特性測量包括以下步驟：

(1)固定光圈值，使光束完全照射到光電管陰極，旋轉濾光片轉盤選擇光波長；

(2)從低到高調節陽極電壓，記錄電壓值和對應電流值，當電流發生明顯變化到達到飽和時電壓步長為0.02V；

(3)對電壓-電流作圖得到此波長條件下光電管伏安特性；

進行普朗克常數測量時，普朗克常數測量包括以下步驟：

(A)依次換上波長為0、405nm、436nm、477nm、546nm、578.0nm的濾光片，重複光電管特性測量的步驟(1)(2)(3)，依次測得各波長對應的截止電壓；

(B)對波長-截止電壓作圖，求出斜率乘以電子電量即為普朗克常數。

優選的，上述進行樣品對單色光的吸收係數測量時，液體樣品對單色光的吸收係數測量包括以下步驟：

(1)旋轉濾光片轉盤獲得設定波長的單色光，調節光圈使光束直徑小於

樣品池寬度；

(2)調節電壓使光電管處於伏安特性線性段靠近飽和位置，保持電壓值恆定；

(3)插入活動擋光片，打開試樣腔頂蓋，在樣品轉臺標號為1的方孔中放純溶劑樣品池，標號為2-6的方孔放測試不同濃度溶液樣品池；

(4)旋轉旋鈕，使純溶劑的樣品池處於光路上，測此時光電電流I0；

(5)繼續旋轉旋鈕使測試溶液樣品處於光路上，測出此時的光電流I；

(6)換上不同濃度溶液樣品，作出電流大小與濃度的關係圖像，則可求出吸收係數式中I0為純溶劑的光電電流，I為測試溶液的光電電流，L為樣品厚度，c為液體濃度。

優選的，上述進行樣品對單色光的吸收係數測量時，固體樣品對單色光的吸收係數測量包括以下步驟：

(1)製備固體樣品，將待測固體樣品製成長方體，並使表面光滑；

(2)旋轉濾光片轉盤獲得設定波長的單色光，調節光圈使光束直徑小於樣品池寬度；

(3)調節電壓使光電管處於伏安特性線性段靠近飽和位置，保持電壓值恆定；

(4)插入活動擋光片，打開試樣腔頂蓋，在樣品轉臺上的標號為1-6的方孔的同一圓周線上間隔均勻布置標號為7-12的位置，7-12的位置放置固體樣品墊片，再將制好的固體樣品放置在墊片上；

(5)轉動旋鈕，使6號位處於光路上，測量此時光電電流I0；

(6)旋轉旋鈕分別使7-12位置的固體樣品處於光路上，分別測出不同位置固體樣品的光電流I；

(7)用遊標卡尺測出固體厚度，則可求出吸收係數式中I0為純溶劑的光電電流，I為測試式樣的光電電流，L為樣品厚度。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內，因此，本實用新型的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。