光电效应测普朗克常量实验作图.pdf
光电效应测普朗克常量实验作图光电效应测普朗克常量实验作图姓名：；学号；班级；教师_；信箱号：_预约时间：第_周、星期_、第_ _节；座位号：_预习操作实验报告总分教师签字预习操作实验报告总分教师签字一、实验名称一、实验名称光电效应测定普朗克常量二、实验目的二、实验目的(1)了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解.(2)验证爱因斯坦光电效应方程，求普朗克常量 h.(3)测定光电管的伏安特性曲线.三、实验原理三、实验原理(基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材)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2 所示。图 1光电效应实验原理图图 2光电管的伏安特性曲线1.光电流与入射光强度的关系光电流随加速电位差 U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值，饱和电流与光强成正比2.光电子的初动能与入射光频率之间的关系2光电子从阴极逸出时，具有初动能。当 U=UA-UK为负值时，光电子逆着电场力方向由 K 极向A 极运动，随着U 的增大，光电流迅速减小，当光电流为零，此时的电压的绝对值称为遏止电位差 Ua.在减速电压下,当 U=Ua时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力所作的功。即根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一种微粒，即为光子。每一光子的能量为,其中 h 为普朗克常量，v 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hv之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A，另一部分转换为电子初动2能。由能量守恒定律可知hv=1/2mv+A由此可见，光电子的初动能与入射光频率成线性关系，而与入射光的强度无关。只有光子的能量 hv 大于等于逸出功 A 时，光电子才能有初动能，才会产生光电效应，即当光的频率 vv0时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，其中V0=A/h,称为截止频率（又称红限）。不同的金属材料的逸出功A 不同，因而截止频率也不同。确定遏止电位差值，可采用以下两种方法：(1)交点法：光电管阳极用逸出功较大的材料制作，制作过程中尽量防止阴极材料蒸发，实验前对光电管阳极通电，减少其上溅射的阴极材料，实验中避免入射光直接照射到阳极上，这样可使它的反向电流大大减少，其伏安特性曲线与图2 十分接近，因此曲线与 U 轴交点的电位差近似等于遏止电位差，此即交点法。(2)拐点法光电管阳极反向光电流虽然较大，但在结构设计上，若是反向光电流能较快地饱和，则伏安特性曲线在反向电流进入饱和段后有着明显的拐点。四、实验内容和步骤（要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材）通过实验了解光电效应的基本规律，并用光电效应法测量普朗克常量。在 577.0nm、546.1nm、435.8nm、404.7nm 四种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线，并根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常量。(1)汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上.(2)调整光电管与汞灯距离约为 40cm 并保持不变.(3)将实验仪及汞灯电源接通，预热 20min.(4)将“电流量程”选择开关置于所选挡位，进行测试前调零.实验仪在开机或改变电流量程后，都会自动进入调零状态.调零时应将光电管暗箱电流输出-13端 K 与实验仪微电流输入端(后面板上)断开，旋转“调零”旋钮使电流指示为 000.010 A(5)用高频匹配电缆将电流输入连接起来，按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态.普朗克常量的测量(1)将汞灯遮光盖罩上.(2)测量截止电压时，“伏安特性测试/截止电压测试”状态键应为截止电压测-13试状态.“电流量程”开关应处于10 A 挡。(3)手动测量：使“手动/自动”模式键处于手动模式.将直径 4mm 的光阑及 365.0nm 的滤色片装在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖.2(4)从低到高调节电压，用零电流法测量该波长对应的U0值.(5)依次换上 404.7nm、435.8nm、546.1nm 和 577.0nm 的滤色片，重复步骤(4)。(6)自动测量：按“手动/自动”模式键切换到自动模式.此时电流表左边的指示灯闪烁，表示系统处于自动测量扫描范围设置状态，用电压调节键可设置扫描起始电压和终止电压。五、数据记录五、数据记录1.实验仪器（记录实验中所用仪器的名称、型号、精度等级等参数）光电管、滤波片、滤光片、水银灯、检流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等。2.原始数据记录（原始数据表格只需要画出与数据记录有关的部分，禁止用铅笔记录数据，伪造、抄袭数据按作弊处理，该实验计零分）六、六、实验数据整理及数据处理实验数据整理及数据处理（需画表格，重新将原始数据整理、誊写一遍，需画表格，重新将原始数据整理、誊写一遍，在原始数据记录项中直接进行数据处理的视为无效。在原始数据记录项中直接进行数据处理的视为无效。要求表格清晰完整，有效数字位数正确，符号、单位清楚，写出必要的过程，运算过程规范，结果表达式正确）2七、分析讨论七、分析讨论:回答教材课后思考题 实验中遇到的问题（故障、差错）及处理办法，结果如何？实验后对实验原理和方法的新认识 对实验误差和标准不确定度来源的探讨及减小的办法 实验的独特见解；是否可通过其他途径达到同样的实验目的和结果 需要商榷的问题及对本实验的建议等。思考题（1）光电流指的是光电二极管在有光是通过电流.而光电二极管并不能产生电能.所以并非光电效应里的.（2）实验中，存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流（即无2光照射时的电流），测得的电流实际上是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，所以当反向电压加到一定值后，光电流会出现负值。（3）采用了准确度高的数字仪表测量电压和电流,特别是微电流表性能很好。其次采用了手动模式，在接近截止电压的时候缓慢调节准确度更高。2
