光電效應(yīng)的應(yīng)用

1、 University 近代物理實驗課程論文 光電效應(yīng)的應(yīng)用 學(xué) 院： 專 業(yè)： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二一四 年 五 月光電效應(yīng)的應(yīng)用1887年赫茲在做電磁波的發(fā)射與接收實驗中，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)紫外光照射到接收電極的負極時，接收電極間更易于產(chǎn)生放電，即光生電。1900年普朗克在研究黑體輻射問題時，將能量不連續(xù)觀點應(yīng)用于光輻射，提出了“光量子”假說，從而給予了光電效應(yīng)正確的理論解釋。1905年愛因斯坦應(yīng)用并發(fā)展了普朗克的量子理論，首次提出了“光量子”的概念，并成功地解釋了光電效應(yīng)的全部實驗結(jié)果。密立根經(jīng)過十年左右艱苦的實驗研究，于1916年發(fā)表論文證實了愛因斯坦方程的正確性，并精確地測定了

2、普朗克常數(shù)。光電效應(yīng)實驗和光量子理論在物理學(xué)的發(fā)展史中具有重大而深遠的意義。如今光電效應(yīng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代科技及生產(chǎn)領(lǐng)域，利用光電效應(yīng)制成的光電器件（如光電管、光電池、光電倍增管等）已廣泛用于光電檢測、光電控制、電視錄像、信息采集和處理等多項現(xiàn)代技術(shù)中。1. 光控制電器 在工業(yè)制造上，大部分光電控制的設(shè)備都要用到光控制電器。它包括電磁繼電器、光電管、放大電路和電源等部件。如下圖所示，當(dāng)有光照在光電管K上時，便產(chǎn)生了電流，經(jīng)過放大器后，使電磁鐵M磁化，從而把銜鐵N吸住。而當(dāng)K上沒光照射時，光電管電路就沒有了電流，這時M和N便會自動離開。在實際的應(yīng)用中，為了使射出的光線是一束平行光，我們把光源裝

3、在平行光管內(nèi)，這樣的平行光管在工程上稱為發(fā)射頭。光電管（多數(shù)情況下是用光敏二極管）也裝在一個光管內(nèi)（管末端裝有聚光透鏡），這種管在工程上稱為接受頭。 利用光電管制成的光控制電器，可以用于自動控制，如自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等等。如記錄生產(chǎn)線上的產(chǎn)品件數(shù)。我們把產(chǎn)品放在傳送帶上，跟著傳送帶一起運動。在傳送帶的兩則分別裝上發(fā)射頭和接收頭。發(fā)射頭所發(fā)射的平行光正好射入接收頭。這時從發(fā)射頭發(fā)出的光線射入接收頭時，電路中所產(chǎn)生的電流，經(jīng)過放大器放大，使電磁鐵M磁化，吸引銜鐵N，這時計數(shù)器的齒輪被卡住，計數(shù)器不發(fā)生動作。每逢產(chǎn)品把光線擋住的時候，電路中的電流就會消失，電磁鐵自動放開銜鐵，使計數(shù)器的齒輪

4、轉(zhuǎn)過一齒。這樣，計數(shù)就自動地把產(chǎn)品的數(shù)目記錄下來。2. 光電倍增管在電視圖像中應(yīng)用 光電倍增管 PM T(photomultiplier tube)是一種建立在光電子發(fā)射效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)理論基礎(chǔ)上的 ,把微弱入射光轉(zhuǎn)換成光電子并獲倍增的重要的真空光電發(fā)射器件。而我們普通生活中的電視電影的發(fā)射和圖象傳送也離不開光電倍增管。眾所周知，電視的傳送對象是活動圖像，而圖像的傳送是利用電信號通過導(dǎo)線或無線電來實現(xiàn)的。用電的方法來傳送圖像，必須要完成兩種轉(zhuǎn)換：在發(fā)送端將光信號變?yōu)殡娦盘?，而在接收端則相反將電信號變?yōu)楣庑盘?。所以我們通過廣電器件先把活動圖像變了電信號。一幅整體的圖像是由很多的明暗不

5、用的像素構(gòu)成的，像素越細、越多、圖像就越逼真。因此要實現(xiàn)圖像的傳送，必須能夠傳送一個個足夠小的像素的亮度信息或其他相關(guān)特性的信息，而且，這種像素的數(shù)目越多，即用某種方法傳送的獨立信息量越大，傳送的準(zhǔn)確度越高。由于獨立傳送信息的細節(jié)數(shù)有一個實際上的極限，而這個極限又與我們的視覺特性有關(guān)的，所以為了足夠完善重顯圖像，我們采用一種特殊的傳送方法，這種方法利用視覺的一種特性視覺惰性現(xiàn)象為基礎(chǔ)。這種方法不是同時傳送所有的像素的信號，而是以某一順序和一定速度將這些信號一個接一個地傳送出去。這樣就可以避免了發(fā)送和接受設(shè)備過于笨重，因為有可能只利用一個變換元件（光電器件）和一個信道來實現(xiàn)傳送。為了實現(xiàn)這個方法

6、，必須在發(fā)送端按一定規(guī)律“分解”圖像。這時的基本要求是：在各瞬間形成電信號的像素序列，應(yīng)當(dāng)是連續(xù)不斷的，也就是說，不斷有漏掉的地方。同時，在將整個圖像傳送一遍的期間內(nèi)，也不應(yīng)當(dāng)有兩次貨多次形成信號的地方。顯然，為了重顯圖像，在接收端將信號變換為亮度是，必須按照實現(xiàn)分解的同一順序來進行，也就是說，必須和分解過程同步和同相。 將光變?yōu)殡娦盘柕脑O(shè)備利用了光電效應(yīng)，所以任何電視發(fā)送設(shè)備的主要構(gòu)件都是光電管。由以上可見，光電效應(yīng)在電視原理中所起的重要作用。有了光電倍增管后，電視圖像才能發(fā)送出去。3. 光電效應(yīng)在農(nóng)業(yè)病蟲害防治方面的應(yīng)用 眾多種類的農(nóng)業(yè)昆蟲形成了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。益生昆蟲作為傳粉媒

7、介, 對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有促進作用; 害蟲的存在則成為影響農(nóng)作物生產(chǎn)的重要因素之一。由于農(nóng)業(yè)害蟲種類繁多、數(shù)量大, 且具有突發(fā)性、易遷移性, 所以常常造成農(nóng)作物的災(zāi)難性毀壞, 嚴重導(dǎo)致作物生產(chǎn)的產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降。 農(nóng)業(yè)害蟲的治理, 在一定程度上控制了蟲害的發(fā)生和危害, 但是除了生態(tài)農(nóng)業(yè)區(qū)域和農(nóng)業(yè)實驗區(qū)外, 大多數(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的害蟲防治仍以化學(xué)農(nóng)藥滅殺為主要手段。 長期大量化學(xué)殺蟲劑噴施進入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng), 不但污染土壤、水質(zhì)和大氣, 還殘留糧棉和蔬果, 給人類的生存安全造成了威脅; 同時長期施藥不但損害了農(nóng)業(yè)害蟲的天敵和益生昆蟲的生存, 還導(dǎo)致了蟲抗藥性的產(chǎn)生和害蟲種質(zhì)的變異, 引起部分害蟲的再次猖獗發(fā)生

8、。 因此, 對農(nóng)業(yè)害蟲的防治, 需要一個與環(huán)境適應(yīng)的、生態(tài)兼容的治理理念, 采用無毒化的災(zāi)害昆蟲治理技術(shù)體系和關(guān)鍵技術(shù), 從全面的生態(tài)系統(tǒng)工程的角度出發(fā), 在實現(xiàn)害蟲無害化治理的同時, 還要獲得災(zāi)害昆蟲種質(zhì)的資源化利用。 對農(nóng)業(yè)害蟲趨光性行為以及物理波譜誘導(dǎo)捕集技術(shù)進行分析, 我們提出了農(nóng)業(yè)害蟲的生物光電效應(yīng)的趨光聚集誘導(dǎo)行為本質(zhì)以及其在蟲害治理中的應(yīng)用, 以期能夠?qū)?zāi)害性昆蟲的無害化治理和資源化利用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。 昆蟲趨光行為過程中的生物光電效應(yīng)作用本質(zhì), 導(dǎo)致了光波光強對昆蟲的趨性導(dǎo)向控制和刺激致暈撲燈, 實現(xiàn)了趨光昆蟲的捕集和滅殺。 利用這一原理, 人們已經(jīng)提出并且實踐了許多種

9、農(nóng)業(yè)害蟲的趨光誘殺方法。 其中最佳代表性的就是河南湯陰佳多科工貿(mào)公司物理治蟲研究所研發(fā)的佳多頻振式殺蟲燈。 它采用 320400nm波段范圍內(nèi)的多個光波復(fù)合的高效熒光燈管引誘害蟲, 不但提高了誘蟲效果達到最佳狀態(tài), 而且減少了對天敵的誘殺危害, 并配合有安全保護裝置的頻振電網(wǎng)殺蟲技術(shù)以及網(wǎng)下的集中收集裝置 , 將誘蟲、殺蟲和集蟲有機地結(jié)合在一起。 同時, 佳多頻振式殺蟲燈外殼設(shè)計為黃色, 充分利用了晝光下或燈管發(fā)光后反射的黃光成份對喜黃光昆蟲的誘導(dǎo)捕殺作用,提高了捕蟲效果; 進一步, 佳多頻振式殺蟲燈誘集到集蟲袋內(nèi)的昆蟲, 不斷散發(fā)著性信息氣味素, 并與光誘導(dǎo)作用一起引誘和促使著異性昆蟲撲向燈源, 實現(xiàn)捕殺效果的進一步提高。 總之, 光電效應(yīng)現(xiàn)象已經(jīng)廣泛運用于我們的生活中. 現(xiàn)代社會的生產(chǎn)建設(shè)、國防建設(shè)、科學(xué)研究、學(xué)校教育和家庭生活都離不開各種它的應(yīng)用. 因此, 對于光電效應(yīng)的了解、研究和應(yīng)用就顯得十分重要. 只有這樣, 才能更好的理解、運用我們所學(xué)的知識, 也只有這樣, 才能更好的改善我們的生活, 是我們的生活越來越方便、快捷。 1甘景慧. 光電效應(yīng)及其應(yīng)用M. 福建：福建教育出版社，1983.2江月松, 閻平, 劉振玉. 光電技術(shù)與實驗 M . 北京: 北京理工大學(xué)出版社, 2