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1、键入公司名称物理实验报告物理实验报告光电效应及普朗克常数的测定* *2012/3/29在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。在此处键入文档的摘要。 摘要通常是对文档内容的简短总结。【实验目的实验目的】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。 【实验原理实验原理】光电效应的实验原理如图 1 所示。当入射光照射到光电 管阴极K上时，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移 构成光电流，改变外加电压UAK，测量光电流I的大小，即可 得出光电管的伏安特性曲线。 1光电效应的基本特点：（1）对应于某一频率光的光电效应，IUAK关系如图 2 所图 l 实验原理图
2、示。可见，对一定的频率，存在一电压U0，当UAKU0时， 电流为零，U0被称为截止电压，它与阴极材料的构成有关。 （2）当UAKU0后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度P 成正比。 （3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图 3 所示。 （4）作截止电压U0与频率的关系图如图 4 所示。 0与成正比关系。U但当入射光频 率低于某极限值0 (0不同金属有不同的值)时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没 有光电流产生。 （5）光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于0，一旦光照射 靶上立即就有光电子产生。从光照射到光电子产生的间隔至多为 10-
3、9秒的数量级。 2光电效应的基本解释按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上， 而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率(或波长)的概念，频率为 的光子具有能量 E=h，h 为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次为金属中 的某个电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把吸收光子的能量的一部分用来克服 金属表面对它的吸引力，余下的就变为该电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理， 爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：式中，A 为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。 由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电
4、位比 阴极电位低时，也会有电子穿过两极间的势垒到达阳极形成光电流，直至阳极电位等于截 止电压，这时光电流才为零， 此时有关系：当阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越 强，光电流 随之上升。当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加UAK时I不再变化，这时光电流出现饱和。饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成正比。 光子的能量h0A时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频 率(截止频率)是0=A/h。将两式相代可得：此式表明截止电压 Uo 是频率 的线性函数，直线斜率 k=he，只要用实验方法得出不 同的频率
5、对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数 h。爱因斯坦的光量子理 论成功地解释了光电效应规律。【实验仪器实验仪器】ZKY-GD-4 智能光电效应实验 仪【实验内容和步骤实验内容和步骤】测试前准备测试前准备： 将实验仪及汞灯电源接通(汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上)，预热 20 分钟。 调整光电管与汞灯距离为约 40cm 并保持不变。 按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态。1测普朗克常数 h（手动测量） a)测量截止电压时，“伏安特性测 试截止电压测试”状态键应为 截止电压测试状态，“电流量程” 开关应处于 10-14 A。 b)使“手动自动”模式键处于手 动模式。 c)将直径 4m
6、m 的光阑及 365.0nm 的滤色片装在光电管暗箱光输入 口上，打开汞灯遮光盖。 d)此时电压表显示UAx的值，单位为伏；电流表显示与UAx对应的电流值I，从低到 高调节电压(绝对值减小)，观察电流值的变化，寻找电流刚好为零时对应的UAK，以其绝对值作为该波长对应的U0的值。 2测光电管的伏安特性曲线 a)测量时，“伏安特性测试截止电压测试”状态键应为伏安特性测试状态。“电 流量程”开关应拨至 10-11A档，并重新调零。 b)将直径 4mm 的光阑及所选谱线的滤色片装在光电管暗箱光输入口上。 c)分别测量五种滤光片从0-50V，每间隔2V，所得到的电流值。 3测电流与光阑的关系 a)选定一
7、个波长的滤光片，装好。 b)在L=400mm,的条件下 c)测出不同光阑直径()的电流并作图 4测电流与距离L的关系 选择一个波长的滤光片装好；在=4mm，U=20V的条件下 测量不同距离（L=300mm,L=350mm,L=400mm）的电流并作图【实验数据实验数据】1、 测普朗克常数 h（手动测量）波长（波长（nmnm）365.0405436546577频率（频率（*10*10- -1414HzHz）8.2147.4086.8795.4905.196U U0 0-1.569-1.199-1.018-0.610-0.499(*10(*10-14-14) )35.420(*10(*10-14-
8、14) )33.187(V)(V)-4.905(*10(*10-28-28) )226.807由最小二乘法求最佳线性公式有公式：y=A+BxB= A=2、 测光电管的伏安特性曲线啊U(V)U(V)0 02 24 46 68 81010121214141616I(*10I(*10-11-11) )=365nm=365nm08.716.721.926.531.035.739.642.6I(*10I(*10-11-11) )=405nm=405nm00.92.94.85.76.57.28.08.7I(*10I(*10-11-11) )=436nm=436nm01.24.87.48.59.610.91
9、2.013.0I(*10I(*10-11-11) )=546nm=546nm00.31.43.64.85.66.26.77.0I(*10I(*10-11-11) )=577nm=577nm00.10.82.13.03.63.94.24.5U(V)U(V)181820202222242426262828303032323434I(*10I(*10-11-11) )=365nm=365nm45.047.750.653.055.458.461.063.064.0I(*10I(*10-11-11) )=405nm=405nm9.39.910.511.211.712.112.512.913.3I(*10
10、I(*10-11-11) )=436nm=436nm13.814.815.716.417.217.918.418.919.4I(*10I(*10-11-11) )=546nm=546nm7.27.47.67.88.28.69.09.39.6I(*10I(*10-11-11) )=577nm=577nm4.64.75.85.05.15.25.45.65.8U(V)U(V)36363838404042424444464648485050- -I(*10I(*10-11-11) )=365nm=365nm67.168.570.071.474.475.476.677.8-I(*10I(*10-11-1
11、1) )=405nm=405nm13.714.014.214.514.614.815.015.1-I(*10I(*10-11-11) )=436nm=436nm20.020.420.820.921.121.421.722.2-I(*10I(*10-11-11) )=546nm=546nm9.69.910.310.510.710.810.911.0-I(*10I(*10-11-11) )=577nm=577nm5.86.06.16.46.56.66.66.7-3、 测电流与光阑的关系=436nm L=400mm U=20V(mm)248I(*10-10A)3.914.655.54、 测电流与距离
12、L的关系=436nm =4mm U=20VL(mm)400350300I(*10-10A)13.919.528.2【思考题思考题】1、 光电流是如何产生的？测量它有何意义？电子吸收光子的能量，使自身的动能增加飞出去。当能够能够到达对面极板时，便产生了电子的定向移动，即有电流。测量它是证明了爱因斯坦的量子理论，光子的能量是“一份一份”的被电子吸收。2、 反向电流如何形成？它对截止电压的测量有何影响？如何判断它的大小？由于阴极受热发射电子，电子具有初动能。当加上正向电压时，电子加速飞向正极（屏极）；当正向电压为 0 时，由于电子有初动能，部分继续飞向屏极；反向电压达一定值（截止电压）时，向屏极运动的，初动能最大的电子“刚好”不能达屏极，电流为 0 若反向电压略高，上述电子反回发射处，由于上述原因，就出现了反向电流。 3、 如何减少漏电流的影响？如何判断他的大小？漏电流应该是由于电子吸收光子超各个方向飞去产生的
