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1、[鍵入公司名稱]
物理實驗報告
光電效應及普朗克常數(shù)的測定
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2012/3/29
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【實驗目的】
1．了解光電效應的規(guī)律，加深對光的量子性的理解。
2．測量普朗克常數(shù) h。
【實驗原理】
光電效應的實驗原理如圖 1 所示。當入射光照射到光電
管陰極K上時，產(chǎn)生的光電子在電場的作用下向陽極A遷移
構(gòu)成光電流，改變外加電壓UAK，測量光電流I的大小，即可
得出光電管的伏安特性曲線。
1．光電效應的基本特點：
2、
（1）對應于某一頻率光的光電效應，I—UAK關(guān)系如圖 2 所
圖 l 實驗原理圖
示?？梢?，對一定的頻率，存在一電壓U0，當UAK≤U0時，
電流為零，U0被稱為截止電壓，它與陰極材料的構(gòu)成有關(guān)。
（2）當UAK≥U0后，I迅速增加，然后趨于飽和，飽和光電流IM的大小與入射光的強度P成正比。
（3）對于不同頻率的光，其截止電壓的值不同，如圖 3 所示。
（4）作截止電壓U0與頻率ν的關(guān)系圖如圖 4 所示。 0與ν成正比關(guān)系。U但當入射光頻率低于某極限值ν0 (ν0不同金屬有不同的值)時，不論光的強度如何，照射時間多長，都沒有光電流產(chǎn)生。
（5）光電效應
3、是瞬時效應。即使入射光的強度非常微弱，只要頻率大于ν0，一旦光照射靶上立即就有光電子產(chǎn)生。從光照射到光電子產(chǎn)生的間隔至多為 10-9秒的數(shù)量級。
2．光電效應的基本解釋
按照愛因斯坦的光量子理論，光能并不像電磁波理論所想象的那樣，分布在波陣面上，而是集中在被稱之為光子的微粒上，但這種微粒仍然保持著頻率(或波長)的概念，頻率為 ν 的光子具有能量 E=hν，h 為普朗克常數(shù)。當光子照射到金屬表面上時，一次為金屬中的某個電子全部吸收，而無需積累能量的時間。電子把吸收光子的能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引力，余下的就變?yōu)樵撾娮与x開金屬表面后的動能，按照能量守恒原理，愛因斯坦提出了著
4、名的光電效應方程：
式中，A 為金屬的逸出功，為光電子獲得的初始動能。
由該式可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動能越大，所以即使陽極電位比陰極電位低時，也會有電子穿過兩極間的勢壘到達陽極形成光電流，直至陽極電位等于截止電壓，這時光電流才為零，
此時有關(guān)系：
當陽極電位高于截止電壓后，隨著陽極電位的升高，陽極對陰極發(fā)射的電子的收集作用越強，光電流
隨之上升。當陽極電壓高到一定程度，已把陰極發(fā)射的光電子幾乎全收集到陽極，再增加UAK時I不再變化，這時光電流出現(xiàn)飽和。飽和光電流IM的大小與入射光的強度P成正比。光子的能量hν0
5、產(chǎn)生。產(chǎn)生光電效應的最低頻率(截止頻率)是ν0=A/h。
將兩式相代可得：
此式表明截止電壓 Uo 是頻率 ν 的線性函數(shù)，直線斜率 k=h／e，只要用實驗方法得出不同的頻率對應的截止電壓，求出直線斜率，就可算出普朗克常數(shù) h。愛因斯坦的光量子理論成功地解釋了光電效應規(guī)律。
【實驗儀器】
ZKY-GD-4 智能光電效應實驗儀
【實驗內(nèi)容和步驟】
測試前準備：
ü 將實驗儀及汞燈電源接通(汞燈及光電管暗箱遮光蓋蓋上)，預熱 20 分鐘。
ü 調(diào)整光電管與汞燈距離為約 40cm 并保持不變。
ü 按“調(diào)零確認/系統(tǒng)清零”鍵，系統(tǒng)進入測試狀態(tài)。
1．測普朗克常數(shù) h（
6、手動測量）
a) 測量截止電壓時，“伏安特性測試／截止電壓測試”狀態(tài)鍵應為截止電壓測試狀態(tài)，“電流量程”開關(guān)應處于 10-14 A。
b) 使“手動／自動”模式鍵處于手動模式。
c) 將直徑 4mm 的光闌及 365.0nm 的濾色片裝在光電管暗箱光輸入口上，打開汞燈遮光蓋。
d) 此時電壓表顯示UAx的值，單位為伏；電流表顯示與UAx對應的電流值I，從低到高調(diào)節(jié)電壓(絕對值減小)，觀察電流值的變化，尋找電流剛好為零時對應的UAK，以其絕對值作為該波長對應的U0的值。
2．測光電管的伏安特性曲線
a) 測量時，“伏安特性測試／截止電壓測試”狀態(tài)鍵應為伏安特性測試狀態(tài)。“電流量程”開
7、關(guān)應撥至 10-11A檔，并重新調(diào)零。
b) 將直徑 4mm 的光闌及所選譜線的濾色片裝在光電管暗箱光輸入口上。
c) 分別測量五種濾光片從0-50V，每間隔2V，所得到的電流值。
3．測電流與光闌的關(guān)系
a) 選定一個波長的濾光片，裝好。
b) 在L=400mm,的條件下
c) 測出不同光闌直徑()的電流并作圖
4．測電流與距離L的關(guān)系
選擇一個波長的濾光片裝好；
在=4mm，U=20V的條件下
測量不同距離（L=300mm,L=350mm,L=400mm）的電流并作圖
【實驗數(shù)據(jù)】
1、 測普朗克常數(shù) h（手動測量）
波長（nm）
365.0
405
436
8、
546
577
頻率（*10-14Hz）
8.214
7.408
6.879
5.490
5.196
U0
-1.569
-1.199
-1.018
-0.610
-0.499
(*10-14)
35.420
(*10-14)
33.187
(V)
-4.905
(*10-28)
226.807
由最小二乘法求最佳線性公式
有公式：y=A+Bx
B= A=
2、 測光電管的伏安特性曲線啊
U(V)
0
2
4
6
8
9、10
12
14
16
I(*10-11)
λ=365nm
0
8.7
16.7
21.9
26.5
31.0
35.7
39.6
42.6
I(*10-11)
λ=405nm
0
0.9
2.9
4.8
5.7
6.5
7.2
8.0
8.7
I(*10-11)
λ=436nm
0
1.2
4.8
7.4
8.5
9.6
10.9
12.0
13.0
I(*10-11)
λ=546nm
0
0.3
1.4
3.6
4.8
5.6
6.2
6.7
7.0
I(*10-11)
λ=577nm
0
10、
0.1
0.8
2.1
3.0
3.6
3.9
4.2
4.5
U(V)
18
20
22
24
26
28
30
32
34
I(*10-11)
λ=365nm
45.0
47.7
50.6
53.0
55.4
58.4
61.0
63.0
64.0
I(*10-11)
λ=405nm
9.3
9.9
10.5
11.2
11.7
12.1
12.5
12.9
13.3
I(*10-11)
λ=436nm
13.8
14.8
15.7
16.4
17.2
17.9
18.4
18.9
19.
11、4
I(*10-11)
λ=546nm
7.2
7.4
7.6
7.8
8.2
8.6
9.0
9.3
9.6
I(*10-11)
λ=577nm
4.6
4.7
5.8
5.0
5.1
5.2
5.4
5.6
5.8
U(V)
36
38
40
42
44
46
48
50
-
I(*10-11)
λ=365nm
67.1
68.5
70.0
71.4
74.4
75.4
76.6
77.8
-
I(*10-11)
λ=405nm
13.7
14.0
14.2
14.5
14.6
14.8
12、
15.0
15.1
-
I(*10-11)
λ=436nm
20.0
20.4
20.8
20.9
21.1
21.4
21.7
22.2
-
I(*10-11)
λ=546nm
9.6
9.9
10.3
10.5
10.7
10.8
10.9
11.0
-
I(*10-11)
λ=577nm
5.8
6.0
6.1
6.4
6.5
6.6
6.6
6.7
-
3、 測電流與光闌的關(guān)系
λ=436nm L=400mm U=20V
13、Φ(mm)
2
4
8
I(*10-10A)
3.9
14.6
55.5
4、 測電流與距離L的關(guān)系
λ=436nm Φ=4mm U=20V
L(mm)
400
350
300
I(*10-10A)
13.9
19.5
28.2
【思考題】
1、 光電流是如何產(chǎn)生的？測量它有何意義？
電子吸收光子的能量，使自身的動能增加飛出去。當能夠能夠到達對面極板時，便產(chǎn)生了電子的定向移動，即有電流。測量它是證明了愛因斯坦的量子理論，
14、光子的能量是“一份一份”的被電子吸收。
2、 反向電流如何形成？它對截止電壓的測量有何影響？如何判斷它的大?。?
由于陰極受熱發(fā)射電子，電子具有初動能。當加上正向電壓時，電子加速飛向正極（屏極）；當正向電壓為0時，由于電子有初動能，部分繼續(xù)飛向屏極；反向電壓達一定值（截止電壓）時，向屏極運動的，初動能最大的電子“剛好”不能達屏極，電流為0若反向電壓略高，上述電子反回發(fā)射處，由于上述原因，就出現(xiàn)了反向電流。
3、 如何減少漏電流的影響？如何判斷他的大??？
漏電流應該是由于電子吸收光子超各個方向飛去產(chǎn)生的
物理實驗報告 普朗克常數(shù)測定
