测定普朗克常量的真空光电管的制作方法

本发明涉及一种检测装置，具体的说，是涉及一种测定普朗克常量的真空光电管。

背景技术：

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。

现代教学中常采用真空光电管进行光电效应实验，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。

光电效应实验原理如图1所示。其中S为真空光电管，K为阴极，A为阳极。当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K上时，形成光电流，光电流随加速电位差U变化的伏安特性曲线如图1所示。

当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。光电子从阴极逸出时，具有最大初速度v。可用爱因斯坦光电效应方程表示：

$hv=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2+A---\left(1\right)$

其中为普朗克常量，为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量之后，一部分消耗于克服电子的逸出功，另一部分转换为电子动能。

若在光电管的阴极K加上正电压，在阳极A加上负电压，则在阴极和阳极之间形成的静电场中光电子被减速，在减速电压下，光电子在逆着电场力方向由K极向A极运动。当时，光电子不再能达到A极，光电流为零。Ua称为截止电压。所以电子的初动能等于它克服电场力所作的功。即

$\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2={\mathrm{eU}}_a---\left(2\right)$

e为电子电荷量。当用不同频率()的单色光分别做光源时，可测的每种频率对应的截止电压(U1,U2,U3,…,Un)。

hν₁＝e|U₁|+A

hν₂＝e|U₂|+A

…………

hν_n＝e|U_n|+A

任意联立其中两个方程就可得到：

$h=\frac{e(U_i-U_j)}{v_i-v_j}$

由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的截止电压即可算出普朗克常量，也可由直线的斜率求出。

因此，用光电效应方法测量普朗克常量的关键在于获得单色光、测得光电管的伏安特性曲线和确定截止电压差值。

为了获得准确的遏止电位差值，本实验用的光电管应该具备下列条件：

1、对所有可见光谱都比较灵敏。

2、阳极包围阴极，这样当阳极为负电位时，大部分光电子仍能射到阳极。

3、阳极没有光电效应，不会产生反向电流。

4、暗电流很小。

但是实际使用的真空型光电管并不完全满足以上条件。由于存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流(即无光照射时的电流)，所以测的得电流值，实际上包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分，所以伏安曲线并不与U轴相切。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种检测范围广，阳极收集效率高，阳极反向电流小和暗电流小，检测精度高的测定普朗克常量的真空光电管。

本发明所采取的技术方案是：

一种测定普朗克常量的真空光电管，包括管壳，以及设置在管壳内的阳极和阴极，管壳设置有矩形透光窗，阳极设置有矩形透光孔，阴极设置在阳极后部，

阳极为矩形框架网；大面积阳极，使得大部分光电子可到达阳极。

阴极采用真空蒸镀锑膜后再装配排气的工艺，避免管内蒸锑对阳极的污染。

阴极采用曲面结构；阴极反射光难以到达阳极，减小反向电流。

所述阳极具有单独的通电加热回路。可以去除钾铯等光电发射材料，减小反向电流。

所述阳极采用高逸出功的镍材制作。金属材料本身的光电子发射能力低，减小了反向电流。

所述阴极采用有金属基底。导电性好，强光下也有较好的特性。

所述光窗内壁镀金属层。入射光仅能通过阳极中间的矩形孔到达阴极，避免阳极受光照射，减小反向电流。

本发明相对现有技术的有益效果：

本发明测定普朗克常量的真空光电管，采用大面积阳极，在现有矩形框内设置金属网，使得大部分光电子可到达阳极；阳极采用高逸出功的镍材制作，金属材料本身的光电子发射能力低，减小了反向电流；阴极采用锑钾铯光阴极材料；阴极采用真空蒸镀锑膜后再装配排气的工艺，避免管内蒸锑对阳极的污染；阴极采用有金属基底，导电性好，强光下也有较好的特性；阴极采用曲面结构，阴极反射光难以到达阳极，减小反向电流；光窗内壁镀金属层，入射光仅能通过阳极中间的矩形孔到达阴极，避免阳极受光照射，减小反向电流；接线中，阳极具有单独的通电加热回路，可以去除钾铯等光电发射材料，减小反向电流。

附图说明

图1是本发明测定普朗克常量的真空光电管置的管壳结构示意图；

图2是本发明测定普朗克常量的真空光电管的整体结构示意图；

图3是本发明测定普朗克常量的真空光电管的剖面结构示意图；

图4是本发明测定普朗克常量的真空光电管的阳极结构示意图；

图5是本发明测定普朗克常量的真空光电管置的阴极结构示意图；

图6是本发明测定普朗克常量的真空光电管的阳极和阴极位置结构示意图。

附图中主要部件符号说明：

图中：

1、管壳 2、透光窗

3、阳极 4、阴极，

5、阳极透光孔。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：

附图1-6可知，一种测定普朗克常量的真空光电管，包括管壳1，以及设置在管壳内的阳极3和阴极4，管壳1设置有矩形透光窗2，阳极3设置有矩形透光孔，阴极4设置在阳极后部，

阳极为矩形框架网；大面积阳极，现有的阳极为矩形框，使得大部分光电子可到达阳极。

阴极采用真空蒸镀锑膜后再装配排气的工艺，避免管内蒸锑对阳极的污染。

阴极采用曲面结构；阴极反射光难以到达阳极，减小反向电流。

所述阳极具有单独的通电加热回路。可以去除钾铯等光电发射材料，减小反向电流。

所述阳极采用高逸出功的镍材制作。金属材料本身的光电子发射能力低，减小了反向电流。

所述阴极采用有金属基底。导电性好，强光下也有较好的特性。

所述光窗内壁镀金属层。入射光仅能通过阳极中间的矩形孔到达阴极，避免阳极受光照射，减小反向电流。

本发明测定普朗克常量的真空光电管，采用大面积阳极，使得大部分光电子可到达阳极；阳极采用高逸出功的镍材制作，金属材料本身的光电子发射能力低，减小了反向电流；阴极采用锑钾铯光阴极材料；阴极采用真空蒸镀锑膜后再装配排气的工艺，避免管内蒸锑对阳极的污染；阴极采用有金属基底，导电性好，强光下也有较好的特性；阴极采用曲面结构，阴极反射光难以到达阳极，减小反向电流；光窗内壁镀金属层，入射光仅能通过阳极中间的矩形孔到达阴极，避免阳极受光照射，减小反向电流；接线中，阳极具有单独的通电加热回路，可以去除钾铯等光电发射材料，减小反向电流。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。