光电效应测普朗克常数-实验报告

光电效应测普朗克常数-实验报告,含真实测量数据

综合、设计性实验报告

年级 学号 ********** 姓名 时间 ********** 成绩 _________

光电效应测普朗克常数-实验报告,含真实测量数据

一、 实验题目

光电效应测普朗克常数

二、 实验目的

1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律； 2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法；

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、仪器用具

ZKY—GD—3光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片（五个）、光阑（两个）、光电管、测试仪

四、 实验原理

1、光电效应与爱因斯坦方程

用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种

现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为

的光波，每个光子的能量为

式中，

为普朗克常数，它的公认值是 =6.626

。

按照爱因斯坦的理论，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表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。

爱因斯坦提出了著名的光电方程：

（1）

式中， 为入射光的频率，m为电子的质量，v为光电子逸出金属表面的初

12mv2为被光线照射的金属材料的逸出功，为从金属逸出的光电子的最

速度，

大初动能。

由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，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，所有光电子

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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U0被称为光电效应的截止电压。 显然，有

（2）

代入（1）式，即有

（3）

由上式可知，若光电子能量h W，则不能产生光电子。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。由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，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

（4）

上式表明，截止电压U0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U0 0，没有光电子逸出。图中的直线的斜率个正的常数：

（5）

由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的U0 曲线，并求出此曲线的斜率，就可以通过式（5）求出普朗克常数h。其中

量。

是电子的电

k

h

e是一

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U0-v 直线

2、光电效应的伏安特性曲线

下图是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为 、强度为

的光线

照射到光电管阴极上，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UAK，它使K、A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UAK的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压

增加

到Um时，光电流达到最大，不再增加，此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流。

光电效应原理图

由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少；当反向

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电压达到截止电压时，光电流为零。

爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，所以实验中存在着如下问题：

（1）暗电流和本底电流存在，可利用此，测出截止电压（补偿法）。

（2）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，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。由于它们的存在，使得I～U曲线较理论曲线下移，如下图所示。

伏安特性曲线

五、 实验步骤

1、调整仪器

(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，必须重新调零。

(3)取下暗盒光窗口遮光罩，换上365.0nm滤光片，取下汞灯出光窗口的遮光罩，装好遮光筒，调节好暗盒与汞灯距离。

2、测量普朗克常数h

（1） 将电压选择按键开关置于–2～＋2V档，将“电流量程”选择开关置于

A档。将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上。

（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） 从高到低调节电压，用“零电流法”测量该波长对应的U0，并数据记录。 （4） 依次换上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的滤色片，重复步骤（1）、（2）、（3）。

（5）测量三组数据你，然后对h取平均值。 3、测量光电管的伏安特性曲线

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(1)暗盒光窗口装365.0nm滤光片和4mm光阑，缓慢调节电压旋钮，令电压输出值缓慢由0V伏增加到30V，每隔1V记一个电流值。但注意在电流值为零处记下截止电压值.

(2)在暗盒光窗口上换上404.7nm滤光片，仍用4mm的光阑，重复步骤（1）。 (3)选择合适的坐标，分别作出两种光阑下的光电管伏安特性曲线U～I 。

六、 实验记录与处理

1、 零电流法测普朗克常量h(光阑Ф=2mm)

第一次测量结果及处理：

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第二次测量结果及处理：

第三次测量结果及处理：

2、 补偿法测普朗克常量h

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3、 测量光电管的伏安特性曲线（波长λ

=436nm 光阑Ф=2mm）

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七、 误差计算

由上面图表，零电流法三次测量的结果误差依次为：

E1=-2.93% E2=-1.99% E3=-2.85%

补偿法测量的结果误差为：

E=-2.05%

八、 实验分析讨论

本实验中应用不同的方法都测出了普朗克常数，但都有一定的实验误差，据分析误差产生原因是：

1、暗电流的影响，暗电流是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； 2、本底电流的影响，本底电流是由于室内的各种漫反射光线射入光电管所致，它们均使光电流不可能降为零 且随电压的变化而变化。

3、光电管制作时产生的影响：（1）、由于制作光电管时，阳极上也往往溅射有阴极材料，所以当入射光射到阳极上或由阴极 …… 此处隐藏：3180字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……