大学物理实验课教案示例.docx

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1、课题章节试验十五用光电效应测定普朗克常数教学目的与要求1. 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。2. 测量普朗克常数 h。3. 测量光电管的伏安特性曲线。教学重点、难点：本节课教学重点：光电效应。本节课教学难点：暗电流、抬头点。教学方法及师生互动设计： 承受教师问，学生答形式。1. 什么是光电效应？肯定频率的光照耀在金属外表时会有电子从金属外表逸出的现象2. 光电效应的试验规律有哪些？1) 逸出电子的初速度与光强无关； 2)金属外表电子的逸出与光强无关，只与光的频率有关；3)光电效应是瞬时效应。3. 针对试验规律与经典电磁场理论的冲突，爱因斯坦对光提出了怎样的理论？ 光的能量在空间的分

2、布是不连续的，从光源发出的光能是由含有同样能量的光量子组成，光量子在运动中不再分散，只能整个的被吸取或产生。这个光量子能量就是h u 。4. 爱因斯坦怎样解释光电效应？1当光子照耀到金属外表上时，一次为金属中的电子全部吸取，而无需积存能量的时间。电子把这能量的一局部用来抑制金属外表对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属外表后的动能，依据能量守恒原理，爱因斯担提出了著名的光电效应方程： hv =mu 2 + A2015. 如何测定普朗克常数？从光电效应方程：hv =mu 2 + A 动身，我们可以看出，光的频率作为条20件，假设能够测量电子的动能和金属的逸出功，即可测量出普朗克常数。但是测量电子

3、的动能和金属的逸出功谈何简洁，我们的试验如何实现电子的动能的测量呢？6. 如何实现电子的动能的测量?对肯定的频率，有一电压U ，当U U 时，电流为零，这个相对于阴极的0AK0负值的阳极电压U0称为截止电压： eU01=mu 2207. 如何解决金属的逸出功的测量？对于肯定的金属，逸出功是恒定的，转变入射光的频率，测量对应的截止电压U ，作图，可避开对金属的逸出功的测量。0课堂练习、作业：【预习思考题】1. 为什么存在暗电流，怎样观看暗电流？2. 怎样测量某一频率 的入射光所对应的截止电压U ，试验测量中截止电压U 是ss不是对应于电流I=0 的点？3. 截止电压U 和入射光频率 的关系式怎样

4、？由此式可以测定什么常数？s【试验目的】1. 测定普朗克常数.备注 包 括： 教 学 手教 学 内 容 讲稿段、时间 分 配、临 时 更 改 等2. 通过光电效应试验验证爱因斯坦方程.【试验原理】对光电效应早期的工作所积存的根本试验事实是：1饱和光电流与光强成正比；2光电效应存在一个阈频率 截止频率，当入射光的频率低于阈频率时，不管光的强度如何，都没有光电效应产生；3光电子的动能与光强无关，但与入射光的频率成线性关系；4光电效应是“瞬时”的，当入射光的频率大于阀频率时，一经光照耀，马上产生光电子.1900 年德国物理学家普朗克Planck 在争论黑体辐射时，提出辐射能量不连续的假设. 1905

5、 年爱因斯坦Einstein在解释光电效应时，将普朗克的辐射能量不连续的假设作了重大进展，提出光并不是由麦克斯韦Maxwell 电磁场理论提出的传统意义上的波，而是由能量为 的光量子简称光子构成的粒子流. 光电效应的物理根底就是光子与金属外表中的自由电子发生完全弹性碰撞，电子要么全部吸取要么根本不吸取光子的能量. 据此，爱因斯坦对光电效应作出了完善的解释.假设电子脱离金属外表消耗的能量为A ，则由于光电效应，逸出金属外表的电子的初动能为hv =1mu 2 + A20s式中m为电子的质量；v为光逸出金属外表的光电子的初速度； 为光电子的频率留意：在印刷体中速度v 和频率 很相像，请读者加以区分，

6、A为光照耀的金属材料的逸出功. 是没有受到空间电荷阻挡，从金属中逸出的光电子的初动能. 由此可见，入射到金属外表的光的频率越高，逸出电子的初动能也越大. 正由于光电子具有初动能，所以即使在加速电压U 等于零时，仍旧有光电子落到阳极而形成光电流，甚至当阳极的电位低于阴极的电位时也会有光电子落到阳极，直到加速电压为某一负值U 时，全部光电子都不能到达阳极， 光电流才为零，U 被称为光电效应的截止电压. 这时s从而可得由于金属材料的逸出功A是金属的固有属性，对于给定的金属材料，A是一个定值，它与入射光的频率无关. 具有阈频率 的光子的能量恰等于逸出功A，1即eU=mu 2020所以，eU 0 = h

7、v - Asss上式说明，截止电压U 是入射光频率 的线性函数. 当入射光的频率 时，截止电压U =0 ，没有光电子逸出，上式的斜率 是一个常数. 可见，只要用试验方法作出不同频率下的截止电压U 与入射光频率 的关系曲线直线，并求出此直线的斜率k，就可以通过此式 求出普朗克常数h的数值电量 C.（a） 测普朗克常数原理图（b） 伏安特性曲线将频率为 、强度为P的光照耀光电管阴极，即有光电子从阴极逸出.在阴极K和阳极A之间加有反向电压U，它使电极K、A间的电场对阴极逸出的光电子起减速作用. 随着电压U的增加，到达阳极的光电子将渐渐削减，当UU 时间电流降s为零. 图中虚线为光电管在U为负值时起始

8、局部的伏安特性曲线.ssssss然而，光电管的极间漏电、入射光照耀阳极或入射光从阴极反射到阳极之后都会造成阳极光电子放射，它们虽然很小，但是构成了光电管的反向光电流，图中虚线阳极光电流和点画线极间漏电流. 由于它们的存在， 使光电流曲线下移，图中实线所示实测光电流，光电流的截止电位点也从U ，移到U 点图中未画出. 当反向光电流比正向光电流小得多时，U 与U 重合. 因此，测出截止电压U 即测出了截止电压U . 用不同频率 的光照耀光电管，可以得到与之相对应的不同频s图 1 试验原理图率下的伏安特性曲线和对应的截止电压U . 作 关系曲线. 假设是直线，就证明白爱因斯坦光电效应方程的正确性.

9、并由该直线的斜率k即可求出普朗克常数h. 此外，由该直线与坐标横轴的交点可求出该光电管阴极的截止频率 ，该直线的延长线与坐标纵轴的交点又可求出光电极的逸出电位U ，由此可得该材料的逸出功 或 .0图 2 截止电压U 与入射光频率 v的关系图【试验器材】光源，光电管及暗盒，微电流测量仪；滤色片等.【试验内容】1. 调整仪器（1） 将光源、光电管暗盒，微电流测量仪微电流测量仪如图24-2 所示安排在适当位置，光源离暗盒约3050cm，暂不接线. 一般光电管的伏安特性曲线从负电压做起，因此，将微电流测量仪的有关开关和旋钮置于以下位置： “电流极性”置“-”，“工作选择”置“DC”，“电压极性”置“-

10、”，“电压量程”置“-3”，“电压调整”逆时针方向调至最小. 并将“倍率”开关置“短路”档，“扫描位置”置任意位置.微电流测量仪板面图（2） 翻开微电流测量仪电源，预热2030 分钟. 用遮光罩盖住光电管暗盒窗口光窗上的光栏勿动，翻开光源汞灯预热. 留意，点亮的汞灯假设熄灭，需经35 分钟冷却后才能再开.（3） 待微电流测量仪充分预热后，先调整仪器零点，即调整“零点”旋钮， 使微安表指零. 再校正仪器满度，马上“倍率”开关置“满度”档，调整“满度”旋钮，使微安表指满度.2. 测量光电管的暗电流（1） 连接好光电管暗盒与微电流测量仪之间的电缆线、地线和阳极电源线 接线柱A .微电流测量仪“倍率”旋钮置适宜的档. 例如10-7档.（2） 顺时针缓慢调整“电压调整”旋钮、并合理地转变“电压量程”和“电压极性”开关，并留意“电流极性”开关的正确选择，以保证能正确反映出电流指示值来. 测量从-3+3 伏特不同电压下相应的电流值电流值倍率 电表读数. 此时所读得的为光电管的暗电流.3. 测量光电管的伏安特性曲线1将光源出射孔对准光电管暗盒窗口目测，微电流测量仪“倍率”置