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1、光电效应及普朗克光电效应及普朗克 常数的测定常数的测定 大学物理实验示范中心 n光的照射下，使物体中 的电子脱出的现象叫做 光电效应(Photoelectric effect)。 光电效应分为 光电子发射、光电导效 应和光生伏打效应。前 一种现象发生在物体表 面，又称外光电效应。 后两种现象发生在物体 内部，称为内光电效应 。 内光电效应 光电效应是19世纪末发现的，详细的研 究一直到1914年，研究中发现光电效应的基 本规律，无法用麦克斯韦的经典电磁理论作 出完满的解释。1905年爱因斯坦应用普朗克 的量子论，提出光量子概念，给光电效应以 正确的解释。其中普朗克常数是现代物理学 中的一个重要
2、常数；由光电效应实验可简单 准确地测定普朗克常数，实验有助对光的量 子性的理解。 实验目的 1. 通过光电效应实验了解光的量子性。 2. 测量光电管的弱电流特性,找出不同光 频率下的截止电压。 3. 验证爱因斯坦方程，用作图法求出普 朗克常数。 实验原理 在光的照射下，电子从金属表面逸出的现象，叫光 电效应。 V G AK + R E + 光电效应实验原理图 某一频率下,某一光强时 光电管的伏安特性曲线 1. 实验规律 （2）截止电压U0 与入射光频率具有线性关系。 （1）仅当 0（截止频率）时才发生光电效应，截 止频率与材料有关，但与入射光强无关。 U0 曲线 (3)在同一频率下，饱和光电流
3、强度Im 正比于入射光强 P。 (4)光电效应是瞬时效应。当光照射到金属表面时，几 乎立即就有光电子逸出。 同一频率,不同入射光强时IUAK曲线 向外辐射 。至于光电效应，是具有能量 的一个光子作 用于金属中的一个自由电子，并把它的全部能量都交给这 个电子而造成的。如果电子脱离金属表面耗费的能量为 的话，则由光电效应打出来的电子的动能为 或 爱因斯坦认为从一点发出的光不是按麦 克斯韦电磁学说指出的那样以连续分布的形 式把能量传播到空间，而是频率为 的光以 为能量单位(光量子) 的形式一份一份地 式中 为普克朗常数, 为入射光的频率， 为电子的质 量， 为光电子逸出金属表面时的初速度， 为受光线
4、照 射的金属材料的逸出功(或功函数)。 2. 爱因斯坦对光电效应的解释 实验器材 普朗克常数测定仪微电流测试仪、测试台 实验内容 1. 测试前准备: (1) 盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光电管与汞灯距离调 整并保持在400mm，接通测试仪及汞灯电源，预热约 15min。 (1) （注意：汞灯一旦开启，不要随意关闭） (2)(2) 测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，“电压 ”选 择在2V+2V档，“电流量程”选择在10-13A档，旋转“ 电 流调零” 旋钮使“电流表”指示为零。 （注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零) (3) 调整光路：先取下光电管暗箱遮光盖，先选择直径为 4m
5、m的光阑及波长为365.0 nm的滤光片，再取下汞灯的遮光盖， 使汞灯的365.0出射光对准光电管入射窗孔。 （注意：严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管） 2. 用零电流法测定h 将“电压”选择按键置于2V+0V档，“电流量程”选 择在10-13A档并重新调零。将直径为4mm的光阑及波长为 365.0nm 的滤光片插在光电管入射窗孔前，调节电压UAK，使得光电流I 为零，此时测试仪中显示的电压值即可认为是该入射光频率 对应的截止电压。重复测量4次，填入表1中。 依次更换其余四个滤光片（注意：一定要先盖上汞灯的遮 光盖再更换滤光片），测出各自对应的截止电压。 表1 光阑孔f =4mm 波长l
6、(nm) 365.0405.7435.8546.1577.0 8.2147.4076.8795.4905.196 3. 测光电管的伏安特性曲线(IUAK曲线) 将“电压”选择按键置于2V+30V档，将“电流量程”选 择开关置于1010A并重新调零，将直径为4mm的光阑及波长 365.0nm的滤光片插在光电管入射窗孔前。 (1) 从截止电压开始由低到高调节电压，直至27V（不高于30V ）。 从截止电压到0V 区间，电压取值间隔为1V; 从0V到8V 区间，电压取值间隔为2V; 从8V到27 V 区间，电压取值间隔为3V; 每取一电压值，记录一电流值到表2中。 为了使每个电流值都有三位有效数字，
7、测量过程中须变 换“电流量程” 。 （注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零) (2) 换上其他滤光片，重复步骤(1)。 365.0nm 光阑4mm 27 404.7nm 光阑4mm 435.8nm 光阑4m 546.1 nm 光阑4mm 577.0 nm 光阑4mm 五、数据处理 1. 用作图法求U0直线的斜率k: 再由h= ek求出普朗克常数h，并与公认值h0比较， 求出百分误差: 五. 数据处理 2. 根据表2的数据，在坐标纸上作出对应五种通光 量的I-UAK关系曲线。 六.注意事项 1. 本实验不必要求暗室环境，但应避免背景光强 的剧烈变化。 2. 实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让 1. 汞光不经过滤光片直接入射光电管窗口。 2. 3. 实验结束时应盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖 ！
