【附页】 实验背景:
一:1905年,年仅26岁的爱因斯坦(A.Einstein)提出光量子假说,发表了在物理学发展史上具有里程碑意义的光电效应理论,10年后被具有非凡才能的物理学家密里根(Robert Millikan)用光辉的实验证实了。两位物理大师之间微妙的默契配合推动了物理学的发展,他们都因光电效应等方面的杰出贡献分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖。
光电效应实验及其光量子理论的解释在量子理论的确立与发展上,在解释光的波粒二象性等方面都具有划时代的深远意义。利用光电效应制成的光电器件在科学技术中得到广泛的应用,并且至今还在不断开辟新的应用领域,具有广阔的应用前景。
本实验的目的是了解光电效应基本规律,并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。
二:17世纪初的一天,荷兰小镇的一家眼镜店的主人利伯希(Hans Lippershey),为检查磨制出来的透镜质量,把一块凸透镜和一块凹镜排成一条线,通过透镜看过去,发现远处的教堂塔尖好象变大拉近了,于是在无意中发现了望远镜的秘密。1608年他为自己制作的望远镜申请专利,并遵从当局的要求,造了一个双筒望远镜。据说小镇好几十个眼镜匠都声称发明了望远镜。
望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像,再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角,使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径(最大8毫米)粗得多的光束,送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。1608年,荷兰人汉斯·利伯希发明了第一部望远镜。1609年意大利佛罗伦萨人伽利略·伽利雷发明了40倍双镜望远镜,这是第一部投入科学应用的实用望远镜。 三:双棱镜是由两个折射角很小的直角棱镜组成.从狭缝S射出的光经双棱镜两次折射,形成两束如同从虚光源S1和S2发出的频率相同、振动方向相同,而且在相遇点有恒定的相位差的相干光束,它们在空间传播时,相互叠加的部分将产生干涉.如果将一光屏P放置在干涉区域的任何一个地方,则可在屏上看到明暗交替的干涉条纹。
由双棱镜干涉条件,光源发射的单色光经会聚透镜后会聚于单缝S而成线光源,光从S发出经双棱镜后,形成二虚光源S1、S2,该虚光源所发出的光满足干涉条件,在交迭区内产生干涉,成为平行于狭缝的等间距干涉条纹,由此可得:
d?x D其中:λ :光源之波长; ?x:干涉条纹的间距;d:虚光源S1、S2间距;D:虚光源(狭缝S)至观察处之距离。?x:可由测微目镜测量求出;D:可由光
??具座标尺读数读出;d:由二次成像法求出: d?d1d2
实验心得:
时光飞逝转眼间,这学期的光学实验就结束了,刚开始接触光学实验的时候感觉很困难,不像以前做的那些实验那样简单,以前做的那些实验只要对着书本上的步骤一步一步来就行了而做光学实验之前必须准备很长时间,因为光学实验并没有提供具体的步骤,它只是告诉你实验目的和原理等具体的步骤要自己去整理,这无疑增加了实验的难度,刚开始的时候觉得不是很适应但是当逐渐适应之后发现自己做实验的时候不想以前一样照本宣科了而是做的很有计划有自己的想法。
做光学实验中体会最深的就是我们需要耐心细致和严谨,这不仅锻炼了我们实验的素质增强了我们做实验的兴趣。实验前的预习可以使我们宏观地把握做实验的全程,做到成竹于胸,有多部分就取决于这之前的准备了吧;实验过程中最重要的便是要做到用心观察及如实的记录,有些时候,实验的具体步骤与参考书中有所不同,这就需要我们用心思考,而实事求是的记录不仅仅是作为一名研究人员必备的素质,更是我们做人的素质,实验可能并不理想,但我们应该具有良好的实验素养,不要太在意实验结果,应该重在过程;实验后的数据处理及分析充分体现了我们对该实验的整体把握,应该好好分析,参考相应资料,分析出自己在实验过程中的得失,只有这样才能真正有所收获。
感谢老师的帮助下这学期的实验才能做得不出问题,老师在实验前校正仪器,实验之前讲述实验的注意事项等,在你实验出现问题的时候老师会出现帮助你,没有老师的帮助就没有这学期成功的实验。 实验改进的设想
a、针对本底电流产生原因,可设计一个遮光罩,罩住从汞灯到光电管这段测量线路,来减少周围杂散光对实验的影响。
b、实验中电流数据会有微小跳动,可能是由于逸出的光电子朝各个方向运动的都有,而光电倍增管没有及时捕捉到所有的光电子,从而产生跳动,可对光电倍增管进行改进。再者,光子本来就是一份一份的,打在阴极板上,不可能每时每刻的光量子都相同,并且经过空气,加上电流传输的过程中电源电压的影响以及电子的飘逸,导致了电流数值的跳动。
c、在实验过程中,更换滤色片本身就比较麻烦,而且要记得盖住汞灯出光孔,这就给实验带来很多不确定的影响因素。更换过程中散光对实验可能会有更大的影响,可设计一个盘形的装置,滤色片可安在上面,通过旋转就可更换滤色片,这样可减少人为的失误。
d、在测截止电压时,会发现电流为零时电压的数值不是某个具体数值而是一个电压范围,这时我们去截止电压应该取平均值,这样处理的过程会更准确。
参考文献
【1】 钱长炎。赫兹对光电效应的研究及其历史意义。自然杂志,2003,25(2):117~118 【2】 蒋长荣,刘树勇。爱因斯坦和光电效应。首都师范大学学报,2005,26(4):32~33 【3】 詹卫伸,丁建华。物理实验教程。第1版,大连理工大学出版社,2004,1:226 【4】 戴剑锋,李维学,王青。物理学发展与科技进步。第1版,化工工业出版社,2005,
3:72~73
【5】 詹卫伸,丁建华.物理实验教程。第1版,大连理工大学出版社,2004,1:228 【6】 杨述武.普通物理实验。第3版,高等教育出版社,2000,5;148~151 【7】 杨健荣,毛杰健.近代物理实验讲义。第1版,上饶师范学院物理系,2005.1:34 【8】 杨述武,赵立竹,沈国土,方建兴,顾济华。普通物理实验3光学部分(第四版)
43~49,92~95,56~59