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1、实 验 报 告 评分:少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 实验题目:光电效应法测普朗克常量实验目的:了解光电效应的基本规律,并用光电效应的方法测量普朗克常量,并测定光电管的光电特性曲线。实验仪器:光电管、滤波片、水银灯、相关电学仪器实验原理:在光电效应中,光显示出粒子性质,它的一部分能量被物体表面电子吸收后,电子逸出形成光电子,若使该过程发生于一闭合回路中,则产生光电流。实验原理图:图一:原理图光电流随加速电压差 U 的增加而增加,其大小与光强成正比,并且有一个遏止电位差 Ua 存在(此时光电流 I=0) 。当 U=Ua 时,光电子恰不能到达
2、A,由功能关系: aeUmv21而每一个光子的能量 ,同时考虑到电子的逸出功 A,由能量守恒可以知道:h2这就是爱因斯坦光电效应方程。若用频率不同的光分别照射到 K 上,将不同的频率代入光电效应方程,任取其中两个就可以解出: 21)(Ueh其中光的频率 应大于红限 ,否则无电子逸出。根据这个公式,结合图象法或者平均A0值法就可以在一定精度范围内测得 h 值。实验中单色光用水银等光源经过单色滤光片选择谱线产生;使用交点法或者拐点法可以确定较准确的遏止电位差值。实 验 报 告 评分:少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 实验内容:1、在光电管入光口装
3、上 365nm 的滤色片,电压为-3V,调整光源和光电管之间的距离,直到电流为-0.3A,固定此距离,不需再变动;2、分别测 365nm,405nm,436nm,546nm,577nm 的 V-I 特性曲线,从-3V 到 25V,拐点出测量间隔尽量小;3、装上 577 滤色片,在光源窗口分别装上透光率为 25%、50% 、75%的遮光片,加 20V 电压,测量饱和光电流 Im 和照射光强度的关系,作出 Im-光强曲线;4、作 Ua-V 关系曲线,计算红限频率和普朗克常量 h,与标准值进行比较。数据处理和误差分析:本实验中测量的原始数据如下:电压 U/V -3.0 -2.0 -1.7 -1.5
4、-1.4 -1.3 -1.2 -1.1 -1.0 -0.9 -0.8 电流 I/uA -0.3 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.4 0.7 1.1 1.6 2.1 电压 U/V -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 电流 I/uA 2.6 3.2 3.7 4.4 5.1 5.8 6.5 7.2 7.7 8.4 9.0 电压 U/V 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 电流 I/uA 9.4 9.8 10.3 10.6 10.9 11.3 11.7 12.3 13
5、.0 14.1 14.6 电压 U/V 3.0 4.0 5.0 7.0 10.0 15.0 20.0 25.0 电流 I/uA 15.4 16.5 17.2 18.3 19.2 19.8 20.0 20.1 表一:365nm 光下电压和光电流电压 U/V -3.0 -2.0 -1.3 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 电流 I/uA -0.2 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.4 0.7 1.1 1.6 2.3 3.0 电压 U/V -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 电流 I/uA 3
6、.7 4.4 5.0 5.6 6.1 6.5 6.9 7.4 7.7 8.0 8.2 电压 U/V 0.9 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 7.0 10.0 电流 I/uA 8.4 8.7 9.0 9.6 10.1 10.8 11.2 11.7 12.1 12.9 13.3 电压 U/V 15.0 20.0 25.0 电流 I/uA 13.7 13.9 14.0 表二:405nm 光下电压和光电流电压 U/V -3.0 -2.0 -1.5 -1.2 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 电流 I/uA -0.1 -0.1 -0.1
7、 -0.1 0.0 0.0 0.1 0.3 0.6 1.0 1.5 电压 U/V -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 电流 I/uA 2.1 2.7 3.4 3.9 4.4 4.9 5.3 5.6 5.9 6.2 6.4 电压 U/V 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 7.0 电流 I/uA 6.6 6.8 7.0 7.3 7.8 8.3 8.7 9.1 9.6 9.8 10.1 电压 U/V 10.0 15.0 20.0 25.0 电流 I/uA 10.5 10.8 10.9 10.9 表
8、三:436nm 光下电压和光电流实 验 报 告 评分:少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 电压 U/V -3.0 -2.0 -1.5 -1.0 -0.8 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 电流 I/uA 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.2 0.6 1.2 1.7 电压 U/V 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 电流 I/uA 2.2 2.6 3.0 3.2 3.5 3.7 3.9 4.0 4.2 4.3 4.4 电压 U/V 1.2 1.
9、5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 7.0 10.0 15.0 20.0 电流 I/uA 4.6 4.8 5.2 5.4 5.5 5.8 5.9 6.1 6.2 6.3 6.4 电压 U/V 25.0 电流 I/uA 6.4 表四:546nm 光下电压和光电流电压 U/V -3.0 -2.0 -1.5 -1.0 -0.7 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 电流 I/uA 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.2 0.5 0.8 1.0 电压 U/V 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.5 电流
10、 I/uA 1.2 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 电压 U/V 2.0 3.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 电流 I/uA 2.0 2.0 2.1 2.1 2.2 2.2 2.2 表五:577nm 光下电压和光电流100% 75% 50% 25% 0%2.2 1.8 1.1 0.6 0表六:在不同透光率下的饱和光电流( 577nm 光下)电流单位: A根据以上表一至表五的数据,可分别作出各种不同波长(频率)光下,光电管的 V-I 特性曲线:图二:365nm 光下光电管的伏安特性曲线-505101520255101520B 5point A Smothing
11、 ofDat1_BI/A U/V实 验 报 告 评分:少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 图三:405nm 光下光电管的伏安特性曲线-50510152025-2246810121416 B 5point A Smothing of Dat1_BI/A U/V图四:436nm 光下光电管的伏安特性曲线-5051015202524681012 B 5point A Smothing of Dat1_BI/A U/V实 验 报 告 评分:少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 图五:546nm 光下光电管
12、的伏安特性曲线-50510152025-11234567 B 5point A Smothing of Dat1_BI/A U/V图六:577nm 光下光电管的伏安特性曲线-50510152025.0.51.01.52.02.5 B 5point A Smothing of Dat1_BI/A U/V根据以上五个图,利用拐点法可确定在不同光频率下的遏止电压差值,列表如下:实 验 报 告 评分:少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 /nm /Hz Ua/V365 8.221014 1.58405 7.411014 1.14436 6.881014
13、1.04546 5.491014 0.69577 5.201014 0.53表七:光频率和遏止电压的关系由此作出频率-遏止电压图,用直线拟合:5.0E+0145.0E+0146.0E+0146.50E+0147.0E+0147.50E+0148.0E+0148.50E+0140.40.60.81.01.21.41.6 B Linear Fit of Dat1_BU/V光/Hz图七:频率-遏止电压图其中该直线的斜率 k=h/e。利用最小二乘法计算直线斜率,得:Hz/V105.3)(5-251125 iiiiaiiavUk故可求得 r=0.984。那么斜率的相对标准差为 105.)2/(984.0
14、()2/(22 nrks实 验 报 告 评分:少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 普朗克常量的实验平均值为 sJ106.5105.3106. 349 Jsekh又对该实验而言, B=0.1V,其相对标准差为 (取最大误差进行计算) 。UaB取 P=0.997,那么普朗克常量的展伸不确定度为: sJ102.sJ319.05.106.5)( 3422342295.0 CKuUBA得到普朗克常量的最终表达形式为: .7Ps,J).(3497.0 Uh将结果和公认值比较,发现偏差较大,但仍然在(-3,3)范围内,可以认为在一定范围内符合要求。本实验得出的结果误差较大,原因主要是电学仪器示数不稳定造成读数偏差,以及在读图过程中判断拐点的偏差有关。对于光电管 K 的逸出功,根据公式 A=h-eU a,分别计算五种频率下 A 的值:365nm 下:A 1=2.0810-19J405nm 下:A 2=2.3210-19J436nm 下:A 3=2.1910-19J546nm 下:A 4=1.9710-19J577nm 下:A 5=2.0610-19J故平均值: ,再利用误差传递公式:10.9 J10.J).106.