【实验内容与步骤】
1.测试前准备
将测试仪及汞灯电源接通(汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上),预热20min。调整光电管与汞灯距离约为40cm 并保持不变。用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与测试仪电压输出端(后面板上)连接起来(红—红,蓝—蓝)。
如图3-7所示,将“电流量程”选择开关置于所选挡位(测普朗克常数h,选择开关拨至10-13A 挡;测量光电管的伏-安特性曲线,选择开关拨至10-10A 挡),进行测试前调零。测试仪在开机或改变电流量程后,都会自动进入调零状态。调零时应将光电管电流输出端K(暗箱)与测试仪微电流输入端(后面板上)断开,旋转“调零”旋钮使电流指示为000.0。调节好后,用高频匹配电缆将电流输入端连接起来,并按“调零确认/系统清零”键,系统进入测试状态。
2.测普朗克常数h
由于本实验仪器的电流放大器灵敏度高,稳定性好;光电管阳极反向电流、暗电流水平也较低。在测量各谱线的截止电压Ua时,可采用零电流法(即交点法),即直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压UAK的绝对值作为截止电压Ua。此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小,用零电流法测得的截止电压与真实值相差较小。且各谱线的截止电压都相差ΔU,对Ua~ν 曲线的斜率无大的影响,因此对h 的测量不会产生大的影响。
测量截止电压时,“伏-安特性测试/截止电压测试”状态键应为截止电压测试状态。“电流量程”开关应处于10-13A 挡。
(1)手动测量。使“手动/自动”模式键处于手动模式。
将直径4mm 的光阑及365.0nm 的滤色片装在光电管暗箱光输入口上,打开汞灯遮光盖。此时电压表显示UAK的值,单位为V;电流表显示与UAK对应的电流值I,单位为所选择的“电流量程”。用电压调节键→、←、↑、↓可调节UAK的值,→、←键用于选择调节数位,↑、↓键用于调节值的大小。从低到高按步长为0.01V 或0.001V 调节电压(范围-2~0V),观察电流值的变化,寻找电流为零时对应的UAK,以其绝对值作为该波长对应的Ua的值,并将数据记于表3-1中。依次换上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的滤色片,重复以上测量步骤。
(2)自动测量。按“手动/自动”模式键切换到自动模式。
此时电流表左边的指示灯闪烁,表示系统处于自动测量扫描范围设置状态,用电压调节键可设置扫描起始和终止电压。
对各条谱线,建议扫描范围大致设置为365nm,-1.90~-1.50V;405nm,-1.60~-1.20V;436nm,-1.35~-0.95V;546nm,-0.80~-0.40V;577nm,-0.65~-0.25V。
测试仪设有5个数据存储区,每个存储区可存储500组数据,并有指示灯表示其状态。灯亮的表示已存有数据的存储区,灯不亮的为空存储区,灯闪烁的表示系统预选的或正在存储数据的存储区。
设置好扫描起始和终止电压后,按动相应的存储区按键,仪器将先消除存储区原有数据,等待约30s,然后按4mV 的步长自动扫描,并显示、存储相应的电压、电流值。扫描完成后,仪器自动进入数据查询状态,此时查询指示灯亮,显示区显示扫描起始电压和相应的电流值。用电压调节键改变电压值,就可查阅到在测试过程中,扫描电压为当前显示值时相应的电流值。读取电流为零时对应的UAK,以其绝对值作为该波长对应的Ua的值,并将数据记于表3-1中。
表3-1 Ua~ν 关 系

按“查询”键,查询指示灯灭,系统恢复到扫描范围设置状态,可进行下一次测量。
在自动测量过程中或测量完成后,按“手动/自动”键,系统恢复到手动测量模式,模式转换前,工作的存储区内的数据将被清除。
若仪器与示波器连接,则可观察到UAK为负值时各谱线在选定的扫描范围内的伏-安特性曲线。
3.测量光电管的伏-安特性曲线
此时,“伏-安特性测试/截止电压测试”状态键应为伏-安特性测试状态。“电流量程”开关应拨至10-10A 挡,并重新调零。
将直径4mm 的光阑及所选谱线的滤色片装在光电管暗箱光输入口上。
测伏-安特性曲线可选用“手动/自动”两种模式之一,测量的最大范围为-1~50V,自动测量时步长为1V,仪器功能及使用方法如前所述。
记录所测UAK及I 的数据到表3-2中,在毫米方格纸上作对应于以上波长及光强的伏-安特性曲线。
表3-2 I~UAK关 系

4.测量光电管的饱和特性曲线(选做内容)
(1)观测5条谱线在同一光阑、同一距离下的饱和特性曲线。
(2)观测某条谱线在不同距离(即不同光强)、同一光阑下的饱和特性曲线。
(3)观测某条谱线在不同光阑(即不同光通量)、同一距离下的饱和特性曲线。
由此可验证光电管饱和光电流与入射光成正比。
在UAK为50V 时,将仪器设置为手动模式,测量并记录对同一谱线、同一入射距离,光阑分别为2mm、4mm、8mm 时对应的电流值于表3-3中,验证光电管的饱和光电流与入射光强成正比。
表3-3 IM~P关系(选做)

也可在UAK为50V 时,将仪器设置为手动模式,测量并记录对同一谱线、同一光阑时,光电管与入射光在不同距离,如300mm、400mm 等对应的电流值于表3-4中,同样验证光电管的饱和电流与入射光强成正比。
表3-4 IM~P 关系(选做)

注意:光电管价格昂贵又比较脆弱,使用不当会直接影响其使用寿命。
(1)千万不要用汞灯光直接照射光电管,一定要在暗箱进光口处放滤色片和光阑。
(2)实验过程中更换滤色片时一定把汞灯遮光,避免汞灯光直接照射光电管。
(3)光电管不能长期置于自然光环境中,实验做完后及时遮盖暗箱进光口。