2022年实验报告-光电效应实验.docx

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1、精品学习资源南昌高校物理试验报告同学：学号：专业班级：材料 124 班试验时间： 10 时 00 分 第十一周 星期四座位号： 28 一、 试验名称：光电效应二、 试验目的 :1、通过试验深刻懂得爱因斯坦的光电效应理论，明白光电效应的基本规律；2、把握用光电管进行光电效应争论的方法；3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数；三、试验仪器：光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪四、试验原理：1、 光电效应与爱因斯坦方程用合适频率的光照耀在某些金属外表上时，会有电子从金属外表逸出，这种现象叫做光电效应，从金属外表逸出的电子叫光电子；为了说明光电效应现象，爱因斯

2、坦提出了“光量子”的概念，认为 对 于频率 为 的光 波，每个光 子的能 量为 Eh，其 中欢迎下载精品学习资源h 1034 Js 为普朗克常数；欢迎下载精品学习资源根据爱因斯坦的理论， 光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属外表对它的约束，其余的能量就成为该光电子逸出金属外表后的动能；爱因斯坦提出了闻名的光电方程：欢迎下载精品学习资源h1 m 22W1欢迎下载精品学习资源为从金属逸出的光电子的最大初动能；式中， 为入射光的频率， m 为电子的质量， 为光电子逸出金属外表的初速度，W 为被光线照耀的金属材料的逸出功，1/2 mv2由

3、1式可见，入射到金属外表的光频率越高，逸出的电子动能必定也越大，所以即 使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，全部光电子都不能到达阳极，光电流才为 零 ； 这 个相 对于 阴极 为负 值的 阳极 电位 U 0 被称 为 光电效 应 的截 止电 压；2明显，有eu 0-1/2mv =02代入上式即有heU 0W3由上式可知，假设光电子能量h+W，就不能产生光电子；产生光电效应的最低频率是0=W/h，通常称为光电效应的截止频率；不同材料有不同的逸出功，因而0 也不同；由于光的强弱打算于光量子的数量， 所以光电流与

4、入射光的强度成正比； 又由于一个电子只能欢迎下载精品学习资源吸取一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子的频率成正比，将3式改写为UhWh00eee上式说明 ,截止电压 U 0 是入射光频率的线性函数，如图 2，当入射光的频率 = 0时，截止电压 U 00 ，没有光电子逸出；图中的直线的斜率 k=h/e 是一个正的常数：hek5由此可见，只要用试验方法作出不同频率下的U0 -曲线，并求出此曲线的斜率，就可欢迎下载精品学习资源以通过式 5求出普朗克常数 h ；其中 e1.光电效应的伏安特性曲线1.6010 19 C 是电子的电量；欢迎下载精品学习资源图3是利用光电管进行光电效应试

5、验的原理图；频率为、强度为 P 的光线照耀到光欢迎下载精品学习资源电管阴极上，即有光电子从阴极逸出；如在阴极K和阳极 A之间加正向电压U AK，它使K、A欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，随着电压U AK的增加，到达欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源阳极的光电子将逐步增多；当正向电压U AK增加到 U m 时，光电流到达最大，不再增加，欢迎下载精品学习资源此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流；由于光电子从阴极外表逸出时具有肯定的初速度，所以当两极间电位差为零时， 仍有光电流I 存在，假设在两极间施加一反向电压，光电流

6、随之削减；当反向电压到达截止电压时，光电流为零；图4 入射光频率不同的 I U曲线图5 入射光强度不同的 I U曲线爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极， 且阳极很小的抱负状态下导出的；实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，所以试验中存在着如下问题：暗电流和本底电流；当光电管阴极没有受到光线照耀时也会产生电子流，称为暗电 流；它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等缘由造成的；室内各种漫反射光射入光电管造成的光电流称为本底电流；暗电流和本底电流随着K、A之间电压大小变化而变化；阳极电流；制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子

7、发射，就形成阳极电流；由于它们的存在， 使得实际 I U曲线较理论曲线下移，如图 6；欢迎下载精品学习资源图6 伏安特性曲线由于暗电流是由阴极的热电子发射及光电管管壳漏电等缘由产生，与阴极正向光电流相比，其值很小，且基本上随电位差U呈线性变化，因此可忽视其对遏止电位差的影响；阳极反向电流虽然在试验中较显著，但它听从肯定规律；因此，确定遏止电位差值可采纳以下两种方法： 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，试验前对光电管阳极通电，削减其上溅射的阴极材料，试验中防止入射光直接照耀到阳极上，这样可使它的反向电流大大削减， 其伏安特性曲线与图 5非常接近， 因此曲线与

8、 U轴交点的电位差值近似等于遏止电位差 U0，此即本试验采纳的交点法或零电流法 ； 拐点法光电管阳极反向电流虽然较大，但在结构设计上，假设使反向光电流能较快地饱和， 就伏安特性曲线在反向电流进入饱和段后有着明显的拐点，如图6中虚线所示的理论曲线欢迎下载精品学习资源下移为实线所示的实测曲线，遏止电位差U0也下移到 U值U0；五、试验内容及步骤：1、调整仪器0 点；因此测出 U0点即测出了理论欢迎下载精品学习资源(1) 连接仪器；接好电源，打开电源开关，充分预热不少于20 分钟；(2) 在测量电路连接完毕后，没有给测量信号时，旋转“调零”旋钮调零；每换一次量程，必需重新调零；(3) 取下暗盒光窗口

9、遮光罩，换上 365.0nm 滤光片，取下汞灯出光窗口的遮光罩，装好遮光筒，调剂好暗盒与汞灯距离；2、测量普朗克常数 h1 将电压挑选按键开关置于 2 2V档，将“电流量程”挑选开关置于A档；将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上；欢迎下载精品学习资源2 将直径为 4mm的光阑和 365.0nm 的滤色片装在光电管电暗箱输入口上；3 从高到低调剂电压，用“零电流法”测量该波长对应的 U 0 ，并数据记录；4 依次换上 405nm、436nm、546nm、577nm的滤色片， 重复步骤1、2、3；5测量三组数据 , 然后对 h 求平均值；3、测量光电管的伏案特性曲线：(1) 暗盒光窗口装 36

10、5nm滤光片和 4mm光阑，缓慢调剂电压旋钮， 令电压输出值缓慢由0V 伏增加到 30V，每隔 1V 记一个电流值；但留意在电流值为零处登记截止电压值；(2) 在暗盒光窗口上换上 577nm滤光片，仍用 4mm的光阑，重复步骤 1；(3) 挑选合适的坐标，分别作出两种光阑下的光电管伏安特性曲线UI；4、探究饱和电流与光通量、光强的关系掌握电压 U=30.0V,波长为 365nm,L=400nm时，记录光阑孔分别为 2、4、8 时的电掌握电压 U=30.0V, 波长为 365nm,光阑孔为 2nm时，记录距离 L 分别为 300nm、350nm、400mm时的电流；六、数据记录与处理：波长 nm

11、频率 V10 HZ截止电压 UV365表一 UV关系40543654657714B1#00246810eltiTX Axis TitlesixA-1Y-2-3运算普朗克常量 :当利用不同频率的单色光分别作光源时,可以测出不同频率下的遏止电位 U a；作出U a 与的曲线 ,便可求出普朗克常数 h；测曲线的斜率 K 为K = h /e =U/vK=U/vh=ek0210-14-19-141010-3410J . S流；欢迎下载精品学习资源表二 I-UAK 关系光阑孔： 4mm波长： 577nm UAKV 0I10 -10 A0026810121314151618UAKV-10I10A192022

12、242527283031323334光阑孔： 4nm波长： 365nmUAKV0123456789-10I10A069172738506273828895UAKV101112131415182124262830I10 -10A102110117124132137153170186195203215B#200欢迎下载精品学习资源eltiT sixA Y150100欢迎下载精品学习资源500-303691215182124273033X Axis Title表三I MP 关系UAK=30.0V波长：光阑孔 nm365nm2L=400nm48I10 -10A67217805表四 I ML 关系UAK=30.0V波长： 365nm光阑孔： 2nm欢迎下载精品学习资源距离 LmmI10A-10300473503040022七、试验小结摸索与争论：留意事项1、微电流测量仪和汞灯的预热时间必需长于20分钟，连线时务必先接好地线，后接信号线；切勿让电压输出端 A与地短路，以免损坏电源；微电流测量仪每转变一次量程，必须重新调零；2、微电流测量仪与暗盒之间的距离在整个试验过程中应当一样；3、留意爱护滤光片，勿用手触摸其外表，防止污染；4、试验终止时应盖上光电管暗合遮光盖和汞灯遮光盖！欢迎下载