光电效应测普朗克常量.doc

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1、-!南昌大学物理实验报告 课程名称： 大学物理实验（下）_实验名称： 光电效应测普朗克常量_ 学院： 信息工程学院 专业班级： 学生姓名： 学号： _ 实验地点： 基础实验大楼B309 座位号： _ 实验时间： 第9周星期三下午三点四十五分_ 一、 实验目的：1、 研究光电管的伏安特性及光电特性。2、 比较不同频率光强的伏安特性曲线和遏止电压。3、 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。4、 验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常量h。二、 实验原理： 即 12mv2=eUa， 因为Ua与成正比，所示初动能大小与光的强度无关，只是随着频率的增大而增大，爱因斯坦方程可表示：Ua=hev-We式中

2、h为普朗克常量，公认值为h=6.6291610-34Js。v为入射光频率，12mvm2是光电子飞出金属表面后所具有的最大动能，W是电子从金属内部逸出表面所需的逸出功。v存在截止频率v0，使hv0-W=0，此时吸收的光子能量hv0恰好用于抵消电子逸出功而没有多余的动能，即12mv02=0。因而只有当入射光的频率vv0时，才能产生光电流，不同金属的逸出功不同，所以有不同的截止频率。（1） 伏安特性无光照阴极时，由于阳极和阴极是断路的，所以G中无电流通过。用光照射阴极时，由于阴极释放出电子而形成阴极光电流（简称阴极电流）。加速电势差UAK越大，阴极电流越大，UAK增加到一定数值后，阴极电流不再增大而

3、达到某一饱和值IS， IS的大小和照射光的强度成正比。（2） 遏止电压及普朗克常量的测量加速电势差UAK变为负值时，阴极电流会迅速减少，当加速电势差UAK取负值到一定值时，阴极电流变为0，与此对应的电势差称为遏止电势差，用Ua来表示。Ua的大小与光的强度无关，而是随着照射光的频率的增大而增大。（3） 截止频率（红限）光电效应应该存在一个频率阈值v0，称为截止频率（红限）。当入射光频率vv0时，无论光强如何，均不能产生光电效应；对应入射光的频率称为阴极的红限，用v0来表示。（4） 光电效应是瞬时效应，只要入射光频率满足要求，光电管一经光线照射，几乎同时就有光电子产生，延迟时间最多不超过10-9s

4、。三、 实验仪器：1、 实验仪器构成：FB807型光电效应（普朗克常量）测定仪由光电检测装置和测定仪主机两部分构成。光电检测装置包括：光电管暗箱、汞灯电源箱和导轨等。2、 实验主机为FB807型光电效应（普朗克常量）测定仪，该测定仪是主要包含微电流放大器和直流电压发生器两大部分组成的整体仪器。3、 光电管暗箱：安装有滤色片，光阑（可调节）、挡光罩、光电管。4、 汞灯灯箱：安装有汞灯管、挡光罩。5、 汞灯电源箱：箱内安装镇流器，提供点亮汞灯的电源。四、 实验数据处理：截止电压|Uai|/V1、 测量截止电势差：Ua-v关系波长i/nm365405436546577频率vi/1014Hz8.214

5、7.4086.8795.4905.196截止电压Uai/V-1.910-1.434-1.238-0.719-0.604 斜率k=0.4164 可以求得 h=ek=1.60210-190.41646.67110-34Js2、 测光电管的伏安特性曲线：I-UAK关系365nmUAK/V-1258111417202326I/10-10A0276695117145168190211231 405nmUAK/V-1258111417202326I/10-10A091825313843485255 436nmUAK/V-1258111417202326I/10-10A0101927344247525761

6、 546nmUAK/V-1258111417202326I/10-10A081621263033363739 577nmUAK/V-1258111417202326I/10-10A071418222527293032IS-P关系 UAK=30V =365nm L=400mm光阑孔直径D/mm248I/10-10A82245770由实验结果可以看出来，饱和电流和光照强度成正比。IS-P关系 UAK=30V =365nm D=4mm距离L/mm300350400I/10-10A467332250由实验结果可以看出来，饱和电流和光照强度成正比。五、 误差分析：实验测得的普朗克常量h=6.67110-

7、34Js，与实际普朗克常量h=6.62610-34Js有一定误差。可能有以下几种原因：1、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，这种电流叫暗电流； 2、由于室内的各种漫反射光线射入光电管，产生了本底电流，它使光电流不可能降为零且随电压的变化而变化。3、调零时，可能会出现误差。六、 思考题：1、测定普朗克常量的关键是什么？怎样根据光电管的特性曲线选择适宜的测定遏止电势差Ua的方法。答：关键在于获得单色光、测得光电管的伏安特性曲线和确定遏止电位差值。实验中，单色光可由汞灯光源经过单色仪选择谱线产生。当光电特性的正向电流上升得很快，反向电流很小，则可以

8、用光电流特性曲线与暗电流特性曲线交点的电势差Ua近似地当作遏止电势差Ua（交点法）。如果反向特性曲线的反向电流虽然较大，但其饱和速度很快，则可以用反向电流开始饱和时的拐点电势差Ua当成遏止电势差Ua（拐点法）。2、从遏止电势差Ua与入射光频率v的关系曲线中，你能确定阴极材料的逸出功吗？答：在直角坐标系中坐出Ua和v 的关系曲线，实验结果表明曲线是一条直线，证明爱因斯坦光电效应方程的正确性。该直线的斜率即为he ,h为普朗克常量。而该直线的延长线与Ua轴的截距为Wse,Ws为材料的逸出功。因此，可以确定材料逸出功，只要用纵截距乘以单位电荷的电量即可。3、本实验存在哪些误差来源？如何解决这些问题？答：暗电流与本底电流。可以采用系统误差的修正方法加以消除；选择较小的光阑、选择一组高性能的滤色片、光源与光电管接收装置之间的距离设置合适。七、 附上：原始数据;