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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划光电效应测普朗克常数实验报告(共9篇)综合、设计性实验报告年级学号*姓名时间*成绩_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ZKYGD3光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、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
2、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=。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：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
3、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，有代入式，即有由上式可知，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?Wh，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，将式改写为上式表明，截止电压U0是入射光频率
4、?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：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，就可以通过式求出普朗克常数h。其中量。是电子的电k?he是一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
5、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：暗电流和本底电流存在，可利用此，测出截止电压。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IU曲线较理论曲线下移，如下图所示。伏安特
6、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。(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将电压选择按键开关置于22V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。将直径为4mm的光阑和的滤色片装在光电管电暗箱输入口上。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。依次换上、的滤色片，重复步骤、。测量三组数据你，然后对h取平均值。3、测量光
7、电管的伏安特性曲线三、实验原理1.光电效应当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。所产生的电子，称为光电子。光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时，便获得这光子的全部能量hv，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功W，电子就会从金属中逸出。按照能量守恒原理有：上式称为爱因斯坦方程，其中m和?m是光电子的质量和最大速度，是光电子逸出表面后所具有的最大动能。它说明光子能量hv小于W时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率v0=W/h，称为光电效应的极限频率。不同的金
8、属材料有不同的脱出功，因而0也是不同的。由式可见，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被称为光电效应的截止电压。显然，有代入式，即有由上式可知，若光电子能量，则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是，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
9、的能量与光强无关，只与光子的频率成正比，将式改写为上式表明，截止电压是入射光频率的线性函数，如图2，当入射光的频率时，截止电压，没有光电子逸出。图中的直线的斜率是一个正的常数：由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的通过式求出普朗克常数h。其中曲线，并求出此曲线的斜率，就可以是电子的电量。图2U0-v直线2.光电效应的伏安特性曲线图3是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为、强度为P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，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，随着电压的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压增加到时，
10、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。图3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；当反向电压达到截止电压时，光电流为零。图4入射光频率不同的IU曲线图5入射光强度不同的IU曲线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。当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流，称为暗电流。它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。室内各种漫
11、反射光射入光电管造成的光电流称为本底电流。暗电流和本底电流随着K、A之间电压大小变化而变化。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IU曲线较理论曲线下移，如图6所示。图6伏安特性曲线五、数据记录与处理1、零电流法测h第一组：普朗克常数：Js误差%第二组：普朗克常数：第三组：普朗克常数：2、补偿法测h普朗克常数：Js误差%Js误差%Js误差%3、伏安特性曲线见下页。六、思考讨论1、什么是光电效应，及内，外光电效应和单光子，多光子光电效应。当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使
12、电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。所产生的电子，称为光电子。常说的光电效应是外光电效应，即电子从金属表面逸出。内光电效应是光电效应的一种，主要由于光量子作用，引发物质电化学性质变化。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。光电导效应：当入射光子射入到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大。光生伏特效应：当一定波长的光照射非均匀半导体，在自建场的作用下，半导体内部产生光电压。光电效应测普朗克常数实验报告系别：电气学院实验日期XX年11月19日专业班级：电气15班姓名：王菁学号：一.实验简介当光照在物体上时，光的能量仅部分的以热的形式为物体吸收，而另一部分则转
13、换为物体中某些电子的能量，使电子溢出物体表面，这种效应称为光电效应，溢出的电子称为光电子。根据爱因斯坦理论，每个光子的能量为其中h为普朗克常数，是近代量子物理中的重要常数。而本实验就是利用光电效应法来测得普朗克常数。二.实验内容1了解光电效应的基本规律。2熟悉普朗克常数测定仪的操作比并用光电效应方法测量普朗克常数。三.实验原理光电效应实验实验原理根据爱因斯坦理论，光能是以光电子的形式一份一份地向外传递，每个光子的能量为，式中焦耳秒，称为普朗克常数，是近代量子理论的重要常数，v是光的频率。在光电效应中，光子的能量一次全部传给金属中的电子。这电子所获得的能量一部分用来使它从金属中逸出所必须的共A，
14、另一部分能量变转化为光电子的最大初动能。于是有式中m是电子质量，V是电子最大初速度，这就是著名的爱因斯坦光电效应方程式。由这个方程式可知光电效应的规律为：1.当hvA，vA/h=v0时，才能使光电子逸出金属表面。v0称为截止频率，取决于金属材料。2.光电子的初动能只取决于光的频率。3.光子多少，决定光的强弱，光强增加，光子数增加，逸出的电子数也多。为了测出光电子的初动能，采用如下图的实验电路。在光电管两端加上反向电压，当单色光照射到光电管阴极K时，由阴极逸出的光电子具有初动能，在反向电压下逆着电场力方向由阴极K向阳极A运动，随着反向电压的增大，光电流逐渐减小，当反向电压增加到V0时，光电流降为0，此时光电子做的功等于逸出的初动能，即因此，在试验中只要改变入射光的频率，可求得普朗克常数。四.实验仪器包括GD-5光电管、单色仪、水银灯、检流计、直流电源、直流电压表、滑线变阻器、临界电阻箱。1.GD-5光电管：置于暗箱之中，是实验中产生光电效应的元件。2.反射式单色仪：调整入射、出射的狭缝和调节鼓轮的读数，改变棱镜的转角，就可以得到所需要的单色光。3.水银灯:即汞灯，用于作线光源。4.直流电源：为电路提供电源支持。
