2022年光电效应实验报告书.pdf
光电效应测普朗克常量姓名：梁智健学院：材料成型及控制工程166 班学号： 63台号： 22时间： 2017-10-16实验教室： 309【实验目的】1、验证爱因斯坦光电效应方程，并测定普朗克常量h。2、了解光电效应规律，加深对光的量子性的理解。3、学会用作图法处理数据。4、研究光电管的伏安特性及光电特性。【实验仪器】1. 光电效应测定仪2. 光电管暗箱3. 汞灯灯箱以及汞灯电源箱。【实验原理】1、当光照射在物体上时，光的能量只有部分以热的形式被物体所吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使这些电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应。在光电效应这一现象中，光显示出它的粒子性，所以深入观察光电效应现象，对认识光的本性具有极其重要的意义。普朗克常数h是1900年普朗克为了解决黑体辐射能量分布时提出的“能量子”假设中的一个普适常数，是基本作用量子，也是粗略地判断一个物理体系是否需要用量子力学来描述的依据。1905年爱因斯坦为了解释光电效应现象，提出了“光量子”假设，即频率为v的光子其能量为h v。当电子吸收了光子精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - - 能量h v之后，一部分消耗与电子的逸出功W，另一部分转换为电子的动能212m v，即爱因斯坦光电效应方程212mhvmvW(1)2、光电效应的实验示意图如图1 所示，图中GD是光电管，K 是光电管阴极， A为光电管阳极，G为微电流计，V为电压表，E为电源，R为滑线变阻器， 调节R可以得到实验所需要的加速电位差AKU。不同的电压AKU，回路中有不同的电流I与之对应， 则可以描绘出如图2 所示的AKU-I伏安特性曲线。（1）饱和电流的强度与光强成正比加速电压AKU越大，电流I越大，当AKU增加到一定值后，电流达到最大值HI，HI称为饱和电流，而且HI的大小只与光强成正比。（2）遏制电压的大小与照射光的频率成正比如图 3 所示，电源E反向连接，即当加速电压AKU变为负值时，电流I会迅速较少，当加速电压AKU负到一定值Ua时，电流0I，这个电压Ua叫做遏制电压， 遏制电压与入射光的频率成正比，与光的强度无关。如图4 所示。212amve U(2)ahWUvee(3)精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - - 【实验内容 】一、测量普朗克常量测量前的准备工作1、仪器连接：将FB807测试仪及汞灯电源接通（光电管暗箱调节到遮光位置） ，预热20分钟。调整光电管与汞灯距离约为40cm并保持不变。用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与光电测试仪后面板上电压输出连接起来（红对红，黑对黑） 。将“电流量程”选择开关置于合适档位: 测量截止电位调到A1013, 做伏安特性调到A1010( 或A1011) 。 测定仪在开机或改变电流量程后，都需要进行调零。调零时应将光电管暗箱电流输出端K与测试仪微电流输入端（后面板上）断开，旋转“调零”旋钮使电流指示为0.000。调节好后，用9Q插头高频匹配电缆将信号电流输入与光电管暗盒上信号电流输出端连接起来2、 工作电压转换按钮于释放状态，电压调节范围是：V2V2， “电流量程”开关应置于A1013档。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - - 3、在不接输入信号的状态下对微电流测量装置调零。操作方法是 : 将暗盒前面的转盘用手轻轻拉出约mm3左右，即脱离定位销 , 把mm4的光阑标志对准上面的白点，使定位销复位。再把装滤色片的转盘放在挡光位，即指示“0”对准上面的白点，在此状态下测量光电管的暗电流。4、然后把nm365的滤色片转到窗口（通光口）, 此时把电压表显示的AKU值调节为V999.1；打开汞灯遮光盖，电流表显示对应的电流值I应为负值。用电压粗调和细调旋钮，逐步升高工作电压（即使负电压绝对值减小），当电压到达某一数值，光电管输出电流为零时0I，记录对应的工作电压AKU，该电压即为nm365单色光的遏止电位Ua。将此电压填入表1中的相应位置。5、然后按顺序依次换上nm577,nm546,nm436,nm405的滤色片，重复以上测量步骤。一一记录AKU即Ua值，填入表1 中。二、测量不同通光量时光电管的伏安特性曲线1、 将工作电压转换按钮按下，电压调节范围转变为：V30V2， “电流量程”开关应转换至A1010档，并重新调零。1、取4mm，400Lmm365nm测量AKU和I值，分别填入标准 2，并在坐标纸上以描点法画出AKUI曲线；2、取2mm，400Lmm365nm测量AKU和I值，分别填入标准 3，并在与（ 1）相同的坐标纸上以描点法画出AKUI曲线；3、取2mm，400Lmm365nm测量AKU和I值，分别填入标准 4，并在与（ 1）相同的坐标纸上以描点法画出AKUI曲线；三、 分别测出不同通光量（光强）时的电流值并加以比较将工作电压转换按钮按下，电压调节范围转变为：V30V2， “电流量程”开关应转换至A1010档，并重新调零。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - - 1、 取30AKUV，400Lmm365nm, 光阑分别取2 4 8mmmm、将相应的电流值I填入表 5 中；2、 取30AKUV，4mm365nm, 距离分别取300 350 400Lmm、，将相应的电流值I填入表 6 中；【数据处理】表 1 aUv关系(400Lmm4mm“电流量程”开关应置于A1013档电压= V2V2)波长nmi365405436546577频率Hz1014i截止电压VUai图 6 Vi与 Uai关系由图 6 可知，截止电压的绝对值数值|Uai| 随着频率 Vi的增大而增大，观察图线知两者近似呈线性关系。表2AKUI关系精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - - 2mm，400Lmm=365m 电压 =V30V2VUAK-2024 6810121416182022242628A10I1008224363758797109121126133140146151160图 7 ( =436nm ） I与 Uak关系图8 ( =546nm ） I与 Uak关系表 3 AKUI关系2mm，400Lmm=405 压=V30V2VUAK-2024681012 14 16 18 2022 24 26 28 30A10I1000613 17 20 2325 27 29 31 3334 35 36 37 38由图 7 和图 8 可知阳极电流饱和缓慢，整个曲线先平稳增长，后斜率变大，再后来到达饱和。从-2V 开始，电流随电压的增大而从0A 开始上升。对于不同波长的光，所到达的饱和电流值也不同，但大都当电压趋近30V左右时电流值趋于饱和。表 4 PIM关系30AKUV400Lmm=365 电压 =V30V2光阑孔mmD248A10I1037115432由表 4 知随着光阑孔的增大，电流会增大。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - - 表 5 PIM关系30AKUV D = 8mm=365 电压 =V30V2距离mmL300350400A10I10 1318848630由表 5 知随着距汞灯距离的增大，电流会减小( 即光强减弱，电流值相应减小) 。【误差分析、思考题】1测定普朗克常数的关键是什么怎样根据光电管的特性曲线选择适宜的测定遏止电压aU的方法。2从遏止电压aU与入射光的频率的关系曲线中， 你能确定阴极材料的逸出功吗3本实验存在哪些误差来源实验中如何解决这些问题本实验中应用不同的方法测出了普朗克常数，不过却不同程度的具有一定误差，误差产生原因是： 1 、本底电流的影响，本底电流是由于室内的各种漫反射光线射入光电管所致，它们均使光电流不可能降为零且随电压的变化而变化。2、暗电流的影响，暗电流是光电管没有受到光照射时，也会产生电流，它是由于热电子发射、和光电管管壳漏电等原因造成； 3 、光电管制作时产生的影响：（1） 、由于制作光电管时，阳极上也往往溅射有阴极材料，所以当入射光射到阳极上或由阴极漫反射到阳极上时，阳极也有光电子发射，当阳极加负电位、阴极加正电位时，对阴极发射的光电子起了减速的作用，而对阳极的电子却起了加速的作用，所以IU关系曲线就和IKA、UKA曲线图所示。 为了精确地确定截止电压 US ，就必须去掉暗电流和反向电流的影响。以使由I0 时位置来确定截止电压US的大小；制作上的其他误差。4、实验者自身的影响：(1) 不同的操作者在操作时存在一定的差异，电压的读取也会存在差异。（2）调零时，可能会出现误差。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - - -
