本实用新型涉及光电实验技术领域，具体涉及一种基于光栅光谱的光电效应实验装置。
背景技术：
目前各大院校的大学物理实验课程均开设利用光电效应测定普朗克常数，通过该实验可以使学生更深入的观察光电效应现象，认识到光具有粒子性，对认识光的本性具有极其重要的意义。而当前大多数光电效应实验装置都使用高压汞灯作为光源，利用其5条特征谱线进行实验，波长数量非常少，容易造成学生思维定势，误解为只有这5个波长的光能产生光电效应，影响实验拓展性。并且实验前需要预热，增加了准备时间。而高压汞灯发热厉害，学生稍有不注意就容易发生烫伤事故。并且汞灯所产生的光，具有紫外成分，对学生和实验室工作的老师身体健康有一定影响，另外汞灯容易损坏，大大增加了高校维护使用的成本。而汞灯中具有有毒有害物质汞，无论在生产环节、使用环节以及养护环节对环境保护来说，都是个负担，有悖绿色环保的理念。另外传统的光电效应实验装置需要更换滤色片和光阑繁琐，学生在实验过程中容易造成滤色片和光阑的污染，损坏和遗失，而窄带宽的高性能滤色片价格极其昂贵，这就造成实验装置维护成本高昂，如果使用普通的滤光片，虽然成本较低，但是带宽过大，造成实验误差较大，有时候甚至产生错误的实验结果。
公告号为cn202996149u的专利说明书中公开了一种用溴钨灯和单色仪测量普朗克常量的实验装置，该实验装置包括有钨灯光源及电源、聚光镜、光栅单色仪，遮光罩、光电管、支撑及采集显示电路部分；所述聚光镜紧贴在钨灯光源及电源的外壳上，聚光镜的聚光光路入射到光栅单色仪的入缝处，所述遮光罩一端固定在光栅单色仪的出缝处，在密封罩另一端开有通光孔，光电管安装于密封罩内，光电管的感光面面向遮光罩的通光孔方向，光电管和支撑及采集显示电路部分之间通过屏蔽电缆相连；所述钨灯光源及电源、聚光镜、光栅单色仪入缝和出缝、遮光罩的中心以及光电管的光敏中心均在一条直线上。上述方案由于各元件固定在一条直线上，使得整个实验装置操作单一，不方便调节，实验精度不高。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供了一种拓展性好、操作安全、实验精度高、可维护性高、绿色环保的基于光栅光谱的光电效应实验装置。
一种基于光栅光谱的光电效应实验装置，包括：
光源组件，用于发出光束；
m型光栅光谱系统组件，所述m型光栅光谱系统组件包括：用于透过光源组件发出光束的狭缝、接收透过所述狭缝的光束并进行反射的准直反射镜、接收经所述准直反射镜反射的光束并进行反射的光栅以及接收经所述光栅反射的光束并进行反射的聚焦反射镜；
光电管组件，用于接收聚焦反射镜反射的光束，并激发得到光电流；
和直线导轨，所述光源组件、m型光栅光谱系统组件和光电管组件均滑动设置于直线导轨上。
本方案中，m型光栅光谱系统组件为分离可视结构，结构简单，方便教学，将光源组件、m型光栅光谱系统组件和光电管组件滑动设置于直线导轨上，使得各组件安装调节方便，实验精度更高，同时解决了实验中更换滤色片和光阑繁琐的问题，避免造成滤色片和光阑污染和损坏。
作为优选，所述直线导轨为平行设置的两条，光源组件和准直反射镜设置于一条直线导轨上，聚焦反射镜和光电管组件设置于另一条直线导轨上，光栅设置于其中一条直线导轨或两条直线导轨上，狭缝设置于光源组件的光束出射位置。
作为优选，所述光栅、准直反射镜和聚焦反射镜均通过转轴座设置于直线导轨上，并均可绕转轴座轴线旋转。
进一步优选，光栅所在的转轴座上设置有与光栅旋转角度对应波长的波长刻度。
只需旋转光栅，即可得到不同波长的单色光，根据波长刻度指示，不同的光栅角度对应不同的波长，使得实验操作更加方便，实验精度更高。
作为优选，所述转轴座包括设置于直线导轨上的中心轴以及套设在中心轴上并能绕中心轴轴线旋转的旋转筒。为增加实验时候的调节手感，中心轴和旋转筒之间可涂阻尼油。
进一步优选，所述旋转筒顶部设置有用于安装光栅、准直反射镜或聚焦反射镜的凹口。
作为优选，所述光源组件的光源是连续谱光源或带状谱光源。
具体地，可采用卤钨灯或led灯，解决了传统光源光源单一、拓展性差、发热厉害的问题，同时避免传统光源中紫外光对人体的危害。
作为优选，所述狭缝的宽度是固定的或可调的。
通过更换不同宽度的狭缝或者调节狭缝的宽度即可获得不同带宽的单色光，狭缝越窄，带宽越窄，从而使实验精度更高。
作为优选，所述准直反射镜和聚焦反射镜是球面的或非球面的。聚焦反射镜曲率半径既可以和准直反射镜相同，又可以和准直反射镜不同。
作为优选，所述光栅是反射式平面闪耀光栅或球面反射光栅。
本实用新型的有益效果：
(1)多种光源选择，带状谱光源或者连续谱光源通过光栅光谱分光，学生实验时可以获得非常多的单色光，解决了传统光电效应所使用的光源波长数量少的问题。拓展性好，可以根据自身需求，另外调整配置，确保了实验的安全性和环保性。
(2)使用m型光栅光谱系统组件，系统组件为分离可视结构，结构简单，方便教学，安装调节方便，实验精度高，成本低廉。
(3)采用直线导轨，使得实验装置安装调节更加灵活、方便，便于维护，同时与用户原有的实验平台兼容。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为m型光栅光谱系统组件示意图；
图3为转轴座的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1和2所示，一种基于光栅光谱的光电效应实验装置，包括直线导轨1以及滑动设置于直线导轨1上的光源组件2、m型光栅光谱系统组件和光电管组件7。
其中，光源组件2包括光源、电源和相应的机箱，光源采用连续光谱光源或者带状谱光源，如led灯，卤钨灯等。
m型光栅光谱系统组件包括狭缝3、准直反射镜4、光栅5和聚焦反射镜6，具体地，狭缝3设置于光源组件1的光束出射位置，且狭缝3的宽度是固定的或可调的，准直反射镜4和聚焦反射镜6可以采用球面的或非球面的，聚焦反射镜6曲率半径既可以和准直反射镜4相同，又可以和准直反射镜4不同，光栅5采用反射式平面闪耀光栅或球面反射光栅；光束经过狭缝3射出，经准直反射镜4反射凹光栅5上，再经光栅5反射至聚焦反射镜6上，最后由聚焦反射镜6将光束反射出去，光束的光路最终呈m型，光束经m型光栅光谱系统组件后得到单色光。
光电管组件7包括光电管和光电管暗盒，光电管暗盒防止外界光干扰，由聚焦反射镜6反射的单色光射入到光电管组件7的光电管中，并激发得到光电流。
本实施例中，直线导轨1为平行设置的两条，光源组件2和准直反射镜4设置于一条直线导轨1上，聚焦反射镜6和光电管组件7设置于另一条直线导轨1上，光栅5设置于其中一条直线导轨1或两条直线导轨1上。具体地，光源组件2、准直反射镜4、光栅5、聚焦反射镜6和光电管组件7通过滑座11滑动设置于直线导轨1上，其中，光栅5设置在连接两个滑座11的连接板12上，使得光栅5位于m型光栅光谱系统组件的中心位置，并可随两个滑座11一起滑动。每个滑座11的侧面还设置有固定螺栓13，以对调整好位置的滑座11进行定位固定。
在一些可选的实施例中，光栅5、准直反射镜4和聚焦反射镜6均通过转轴座8设置于直线导轨1上，并均可绕转轴座8轴线旋转。其中，光栅5所在的转轴座8上设置有与光栅5旋转角度对应波长的波长刻度。转轴座8具体包括设置于滑座11或连接板12上的中心轴81以及套设在中心轴81上并能绕中心轴81轴线旋转的旋转筒82，旋转筒82顶部还设置有凹口821，用于安装固定光栅5、准直反射镜4或聚焦反射镜6。
本实验装置在安装好后，由于进行光电效应测定普朗克常数时，需要使用的单色光是从光源组件1所发出光得到，不同的光栅5角度对应不同的波长，故只需根据波长刻度指示旋转光栅5，即可得到不同波长的单色光，通过更换不同宽度的狭缝3或者调节狭缝3的宽度即可获得不同带宽的单色光。
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种基于光栅光谱的光电效应实验装置，其特征在于，包括：
光源组件，用于发出光束；
m型光栅光谱系统组件，所述m型光栅光谱系统组件包括：用于透过光源组件发出光束的狭缝、接收透过所述狭缝的光束并进行反射的准直反射镜、接收经所述准直反射镜反射的光束并进行反射的光栅以及接收经所述光栅反射的光束并进行反射的聚焦反射镜；
光电管组件，用于接收聚焦反射镜反射的光束，并激发得到光电流；
和直线导轨，所述光源组件、m型光栅光谱系统组件和光电管组件均滑动设置于直线导轨上。
2.根据权利要求1所述的基于光栅光谱的光电效应实验装置，其特征在于，所述直线导轨为平行设置的两条，光源组件和准直反射镜设置于一条直线导轨上，聚焦反射镜和光电管组件设置于另一条直线导轨上，光栅设置于其中一条直线导轨或两条直线导轨上，狭缝设置于光源组件的光束出射位置。
3.根据权利要求1所述的基于光栅光谱的光电效应实验装置，其特征在于，所述光栅、准直反射镜和聚焦反射镜均通过转轴座设置于直线导轨上，并均可绕转轴座轴线旋转。
4.根据权利要求3所述的基于光栅光谱的光电效应实验装置，其特征在于，光栅所在的转轴座上设置有与光栅旋转角度对应波长的波长刻度。
5.根据权利要求3或4所述的基于光栅光谱的光电效应实验装置，其特征在于，所述转轴座包括设置于直线导轨上的中心轴以及套设在中心轴上并能绕中心轴轴线旋转的旋转筒。
6.根据权利要求5所述的基于光栅光谱的光电效应实验装置，其特征在于，所述旋转筒顶部设置有用于安装光栅、准直反射镜或聚焦反射镜的凹口。
7.根据权利要求1所述的基于光栅光谱的光电效应实验装置，其特征在于，所述光源组件的光源是连续谱光源或带状谱光源。
8.根据权利要求1所述的基于光栅光谱的光电效应实验装置，其特征在于，所述狭缝的宽度是固定的或可调的。
9.根据权利要求1所述的基于光栅光谱的光电效应实验装置，其特征在于，所述准直反射镜和聚焦反射镜是球面的或非球面的。
10.根据权利要求1所述的基于光栅光谱的光电效应实验装置，其特征在于，所述光栅是反射式平面闪耀光栅或球面反射光栅。
技术总结