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視頻課題：第五屆全國高中物理教師微課講課視頻《光電效應實驗設計》江蘇省興化

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第五屆全國高中物理教師微課講課視頻《光電效應實驗設計》江蘇省興化中學高中物理

光電效應實驗設計
江蘇省興化中學    陸光華
一、使用教材
 人教版高中《物理》選修3-5
二、 實驗器材
         自制光電效應實驗演示儀、DIS系統(tǒng)、GD-28光電管、發(fā)光二極管（藍、藍紫、紅）
三、實驗創(chuàng)新點與改進        
         （一）創(chuàng)新點
    1．將教材的純理論講述變?yōu)橹庇^實驗，回歸物理教學的實驗本源．    
    2．利用傳感器繪制出I-U圖像，通過圖像對比讓學生得出光電效應中存在飽和電流、遏止電壓以及相關規(guī)律，同時也為分析最大初動能問題提供了基礎。
         （二）不足與改進
         1．由于目前市場上光電管型號少，導致本試驗未能換用不同材料的光電管進行實驗。
         2．儀器還不夠精致
四、實驗教學目標
（一）知識與技能
     研究光電效應的實驗規(guī)律
（二）過程與方法
         通過觀察與分析，培養(yǎng)學生思維能力和依據(jù)實驗事實分析、探索問題的能力
（三）情感、態(tài)度與價值觀
      激發(fā)學生學習物理的興趣
五、實驗教學內容
研究光電效應
六、實驗原理
（一）電路圖與實物圖
   
（二）原理
   利用電流傳感器、電壓傳感器研究光電效應實驗
七、實驗教學過程
（一）沒有光照光電管的情況下，給光電管加上正向電壓，觀察是否有光電流產(chǎn)生。
結論1:沒有光照的情況下，增加電壓也沒有光電流產(chǎn)生
（二）用藍光照射光電管，逐漸增大光電管上的正向電壓，觀察光電流的變化；改在光電管兩端加上反向電壓，逐漸增大反向電壓，再次觀察光電流的變化。
結論2:正向電壓越大，光電流越大；反向電壓越大，光電流越小；存在飽和光電流和遏止電壓
（三）用藍光照射光電管，以光電管所加電壓為橫坐標，以電流為縱坐標，研究光電流隨所加電壓變化的關系。
（四）在3的操作基礎上，增大藍光光強度，再次研究光電流隨所加電壓變化的關系。
兩種不同強度藍光對比圖

結論3: 入射光越強，飽和電流也越大；同種頻率的入射光反向遏制電壓相同，與光強度無關
（五）換用紫光再次完成3、4的操作。
三種不同色光對比圖

結論4: 遏止電壓與光的顏色（頻率）有關
（六）改變光強、光照時間，研究用紅外線照射光電管，觀察能否產(chǎn)生光電效應。
結論5: 存在截止頻率（極限波長）
 
八、研究的誤差分析
愛因斯坦光電方程是在同種金屬做陰極和陽極，且陽極很小的理想狀態(tài)下導出的。實際上做陰極的金屬逸出功比作陽極的金屬逸出功小，所以實驗中存在著如下問題:
（一）暗電流和本底電流。當光電管陰極沒有受到光線照射時也會產(chǎn)生電子流，稱為暗電流。它是由電子的熱運動和光電管管殼漏電等原因造成的。室內各種漫反射光射入光電管造成的光電流稱為本底電流。暗電流和本底電流隨著 K、A之間電壓大小變化而變化。
（二）陽極電流。制作光電管陰極時，陽極上也會被濺射有陰極材料，所以光入射到陽極上或由陰極反射到陽極上，陽極上也有光電子發(fā)射，就形成陽極電流。由于它們的存在，使得 I-U 曲線較理論曲線下移，如圖所示。

（三）其他因素主要包括實驗室的光照條件、溫度、濕度、試驗儀器的狀態(tài)，如光電管長時間工作或是強光照射，陰極發(fā)射體容易疲勞，靈敏度會降低，從而影響實驗的結果；移動光源時，注意光源與小孔位置，避免移動中晃動，影響到入射光強。用微機輔助實驗時，由于微機對環(huán)境比較敏感，需保持周圍環(huán)境安靜，實驗者做實驗時需細心謹慎，養(yǎng)成良好的實驗操作習慣。
九、研究的不足與后續(xù)研究的設想
    （一）目前市場上光電管型號較少，本實驗僅僅是研究了GD28這一種型號的光電管特性，實驗未能換用不同材料的光電管進行實驗。今后我將到市場上尋找不同材料的光電管，進行實驗，豐富實驗內容，增強實驗說服力。
    （二）本研究是對光電效應現(xiàn)象定性的實驗分析，今后打算利用光電效應實驗進行定量的分析與計算，得出教材上反向遏止電壓與入射光頻率關系圖像（如圖所示），求出普朗克常量。

                           
 
 
 
陸光華：江蘇省興化中學   

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