光电效应物理实验报告.docx
光电效应试验目的：(1) 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解(2) 测量普朗克常量h。试验仪器：ZKY-GD-4 光电效应试验仪1 微电流放大器2 光电管工作电源3 光电管4 滤色片5 汞灯试验原理：原理图如右图所示：入射光照耀到光电管阴极 K 上， 产生的光电子在电场的作用下向阳极A 迁移形成光电流。改变外加电压 V，测量出光电流 的大小，即可得出光电管IAK得伏安特性曲线。AK01对于某一频率，光电效应 I-VAK 关系如下图。从图中可见，对于肯定频率，有一电压V0，当VV 时，电流为 0，这个电压V0 叫做截止电压。VAK2)当V0 后，电流 I 快速增大，然后趋于饱和，饱和光电流 IM 的大小与入射光的强度成正比。3 对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图：4)对于截止频率 V0 与频率的关系图如下所示。V0 与成正比关系。当入射光的频率低于某极限值0时，不管发光强度如何大、照耀时间如何长，都没有光电流产生。5光电流效应是瞬时效应。即使光电流的发光强度格外微弱，只要频率大于0，在开头照耀后马上就要光电子产生，所经过的时间之多为 10-9s 的数量级。试验内容及测量：1 将 4mm 的光阑及 365nm 的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，翻开汞灯遮光盖。从低到高调整电压确定值减小，观看电流值的变化，查找电流为零时对应的VAK 值，以其确定值作为该波长对应的𝑉0值，测量数据如下：波长/nm365404.7435.8546.1577频率/× 1014Hz8.2147.4086.8975.495.196截止电压/V1.6791.3351.1070.5570.434频率和截止电压的变化关系如下图：V 与的关系/ 0V20V1.510.5y = 0.4098x - 1.69880456789/×1014 Hz由图可知：直线的方程是:y=0.4098x-1.6988 所以: h/e=0.4098×1014,h = 1.6 × 1019× 0.4098 × 1014= 6.5568 × 1034 J · s当 y=0，即V0 = 0𝑉时， = 1.6988 ÷ 0.4098 = 4.1454 × 1014Hz ，即该金属的截止频率为4.1454 × 1014Hz。也就是说，假设入射光假设频率低于上值时，不管光强多大也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。依据线性回归理论：𝑣 𝑉𝑣 𝑉k =00𝑣2𝑣2可得：k=0.40975，与 EXCEL 给出的直线斜率一样。我们知道普朗克常量0 = 6.626 × 1034 𝐽 𝑠, 所以，相对误差：E = 0 = 0.0104402 测量光电管的伏安特性曲线1） 用 435.8nm 的滤色片和 4mm 的光阑试验数据如下表所示：VAKIVAKIVAKIVAKIVAKIVAKI0.0401.90.8584.22.3009.36.60019.512.00027.322.00035.80.0892.10.9354.42.500106.80019.912.50027.722.70036.20.1512.31.0964.92.70010.67.20020.513.00028.324.100370.2112.41.2085.32.90011.17.80021.514.20029.425.70037.90.3402.71.3255.63.200128.7002315.00030.126.80038.30.3952.91.4686.13.80013.99.10023.616.10031.127.50038.70.4703.11.6376.74.20014.89.80024.616.60031.629.50039.50.5613.31.7797.24.90016.410.20025.117.50032.330.90040.10.6563.61.9307.85.40017.410.70025.818.600330.7253.82.0008.36.10018.711.10026.319.60033.7435.8nm 4mm 光阑 I-VAK 的关系546.1nm 4mm 光阑 I-VAK 的关系VAKIVAKIVAKIVAKI2） 用 546.1nm 的滤光片和 4mm 的光阑数据如下表所示：0.31.35.99.113.213.023.815.91.02.66.89.814.113.325.316.11.43.47.610.415.113.726.416.51.84.18.210.816.114.027.216.62.24.98.811.117.114.228.016.72.85.79.811.617.814.428.916.73.26.310.011.918.914.729.716.83.97.111.412.319.714.930.716.94.37.612.112.620.115.031.217.04.98.212.712.920.915.2作两种状况下，光电管得伏安特性曲线：光电管的伏安特性0)A101×(/45I40353025201510546.1nm435.8nm5005101520253035电压V/VAK由上图可知：1） 光电流随管压降的增大而渐渐增大。在增大的过程中，增长速度由快变慢最终到达饱和。这一点在 546.1nm 的伏安特性中可以清楚地看出。2） 当管压降一样时，比较两个不同波长的光电流可以觉察：波长长的，即频率小的546.1nm 光电流小；波长短的，即频率大的435.8nm 光电流大。这也间接证明白爱因斯坦的光电流方程： h = 1 m𝑣2 + 𝐴。对于同一种金属， 溢出功 A 相等，20频率高的就能得到更大的动能来抑制金属的束缚，从而形成更大的光电流。3.保持管压降 𝑉𝐴𝐾 = 30.0V不变，调整光阑的直径，分别为： 2mm, 4mm, 8mm 。测量对应的电流如下：光阑孔直径mm435.8nm I/×2481010𝐴8.836.8108.9546.1nm I/×1010𝐴3.915.946.5作出两种不同波长的光电流随光强的变化图，如下：光电流随光阑直径的变化A) 1200( 100× 80/I流 60电 光40200435.8nm546.1nm0246810光阑直径/mm我们可以看出：光电流随光强的变化I流电120光100806040435.8nm546.1nm2000204060光阑面积/mm21） 同一种波长下，光电流随光阑直径的增大而增大。由于数据点有限，不能说明光阑面积即光强的大小同光电流的具体关系，是否是线性的，也就无从得知。所画出的图形如下：2） 不同波长下，假设光阑直径相等，即光强一样，光的频率越大，光电流越大；并且， 频率大的光变化也快。在光强较弱时，不同的光产生的光电流大小相差无几，但 当光强变大后，两者差距渐渐变大。入射距离L4038363433I/× 1010 𝐴117.1133.3146.8174.31844 在𝑉𝐴𝐾= 30.0V的状况下，保证光阑直径为 8mm，测量两种光强下，光电流与入射距离的变化关系如下表和以下图所示：入射距离L4039383736353433I/× 1010 𝐴42.34445.549.757.259.466.674.1光电流随入射距离的关系A)2000118001160× 140/流 120电 100光806040200435.8nm546.1nm30323436384042入射距离/mm入射距离增大，光强势必会减小，由图可知，光电流变小，这样的结论和以上转变光阑直径所得结论相全都。对于不同的光波，频率大的光在一样的光强条件下，获得的光电流较大。试验总结：1） 试验中转变入射距离处误差最大，所以只能做定性分析，不能用于定量计算。2） 通过试验得到了普朗克常数，也验证了爱因斯坦的光电效应方程。3） EXCEL 表格中所得到的线性方程也是利用了线性回归理论，可见线性回归理论在处理数据中有很重要的应用。4） 试验中由汞灯产生的不同波长的光的强度本身也应当有所差异， 546.1nm和435.8nm的光的强度应当是不一样的。所以对于试验中的光强也无法做到定量争论。
