南昌大学物理实验报告课程名称： 大学物理实验 实验名称： 光电效应测普朗克常量 学 院: 专业班级： 学生姓名： 学 号: 实验地点： 座位号: 实验时间： 引言：普朗克常量是现代物理学中的一个重要常量；由光电效应实验可简单准确地测定特朗普常量，实验有助于对光的量子性理解实验目的1、研究光电管的伏安特性及光电特性2、比较不同频率光强的伏安特性曲线与遏制电压3、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解4、验证爱因斯坦光电效应方程，并测定普朗克常量h二、 实验仪器FB807 型光电效应（普朗克常量）测定仪1. 实验仪器构成：该测定仪由光电检测装置和测定仪主机两部分构成光电检 测装置包括：光电管暗箱、汞灯灯箱、汞灯电源箱和导轨等2. 实验主机为 FB807 型光电效应（普朗克常量）测定仪，该测定试仪是主要包 含微电流放大器和直流电压发生器两大部分组成的整体仪器3. 光电管暗箱：安装有滤色片，光阑（可调节）、挡光罩、光电管4. 汞灯电源箱：箱内安装镇流器，提供点亮汞灯的电源 实验仪器组成见下图：2—光电管输微电流指示表; 建一微电流书示衣调零旋钮；6—光电管工柞电压调节〔酬调）；8—光电管暗箱；10—档光罩；辽一汞灯灯箱.圏⑴I— 电流晟程调节旋忸及其屋理指示； 3—光屯臂工作电压推示衣； 5—光屯管工作电压调节〔粗调〉； 7—光电管工作电压转换按钮； 9—滤色片，光闌〔可调总成；II— 汞灯电源箱；三、 实验原理光电效应的实验示意图如右图所示，图中 AK 是 光电管，k是光电管阴极，a为光电管阳极，g为微 电流计，V为电压表，e为电源，r为滑线变阻器,调节R可以得到实验所需要的加速电位差。
光电AK管的A、K之间可获得从-U到0再到+ U连续变 化的电压实验时用的单色光是从低压汞灯光谱中 用干涉滤色片过滤得到， 其波长分别为：365nm , 405nm, 436nm , 546nm , 577nm 1. 光电效应的基本实验规律（1） 伏安特性无光照阴极时，由于阳极和阴极是断路的，所以G中无电流通过用光照射 阴极时，由于阴极释放出电子而形成阴极光电流（简称阴极电流）加速电位差UAK越大，阴极电流越大，当UAK增加到一定数值后，阴极电流不再增大而达到 某一饱和值Ih，IH的大小和照射光的强度成正比，图中曲线称为光电管伏安特 性曲线（如图 2 所示）2）遏止电压及普朗克常量的测量加速电位差UAK变为负值时，阴极电流会迅速减少，当加速电位差UAK负到 一定数值时，阴极电流变为“0 ”，与此对应的电位差称为遏止电位差这一电 位差用山来表示Ua I的大小与光的强度无关，而是随着照射光的频率的增大而 增大（如图 3 所示）光电子从阴极逸出时具有初动能，其最大值等于它反抗电场力所做的功，即：1 mv 2 二 e x U2 a因为Ua ，所示初动能大小与光的强度无关，只是随着频率的增大而增 大。
Ua XV的关系可用爱因斯坦方程表示如下：U h WU 二 • v a e e实验时用不同频率的单色光照射阴极，测出相对应的遏止电位差，然后画出Ua ~ V图，由此图的斜率即可以求出h如果光子的能量h・V < W时，无论用多强的光照射，都不可能逸出光电子与此相对应的光的频率则称为阴极的红限，且用V0（V0 - W /h）来表示实验时 可以从Ua ~ V图的截距求得阴极的红限和逸出功2. 实际测量中截止电压本实验的关键是正确确定遏止电位差，画出 Ua ~ V 图至于在实际测量中 如何正确地确定遏止电位差，还必需根据所使用的光电管来决定下面就专门对 如何确定遏止电位差的问题作简要的分析与讨论遏止电位差的确定：如果使用的光电管对可见光都比较灵敏，而暗电流也很 小由于阳极包围着阴极，即使加速电位差为负值时，阴极发射的光电子仍能大 部分射到阳极而阳极材料的逸出功又很高，可见光照射时是不会发射光电子的， 其电流特性曲线如图4所示图中电流为零时的电位就是遏止电位差U然而, 由于光电管在制造过程中，工艺上很难保证阳极不被阴极材料所污染（这里污染 的含义是：阴极表面的低逸出功材料溅射到阳极上）,而且这种污染还会在光电 管的使用过程中日趋加重。
被污染后的阳极逸出功降低,当从阴极反射过来的散 射光照到它时,便会发射出光电子而形成阳极光电流实验中测得的电流特性曲 线,是阳极光电流和阴极光电流迭加的结果,如图 5 的实线所示由图 5 可见, 由于阳极的污染,实验时出现了反向电流特性曲线与横轴交点的电流虽然等于“ 0 ”，但阴极光电流并不等于“0 ”，交点的电位差Ua也不等于遏止电位差Ua 两者之差由阴极电流上升的快慢和阳极电流的大小所决定如果阴极电流上升越 快，阳极电流越小，^与Ua之差也越小从实际测量的电流曲线上看，正向电 流上升越快，反向电流越小，则Ua与Ua之差也越小由图5我们可以看到，由于电极结构等种种原因，实际上阳极电流往往饱和 缓慢，在加速电位差负到Ua时，阳极电流仍未达到饱和，所以反向电流刚开始 饱和的拐点电位差u a也不等于遏止电位差Ua两者之差视阳极电流的饱和快慢 而异阳极电流饱和得越快，两者之差越小若在负电压增至Ua之前阳极电流已 经饱和，则拐点电位差就是遏止电位差Ua总而言之，对于不同的光电管应该根 据其电流特性曲线的不同采用不同的方法来确定其遏止电位差假如光电流特性 的正向电流上升得很快，反向电流很小，则可以用光电流特性曲线与暗电流特性 曲线交点的电位差^近似地当作遏止电位差Ua （交点法）。
若反向特性曲线的反 向电流虽然较大，但其饱和速度很快，则可用反向电流开始饱和时的拐点电位差 U：当作遏止电位差Ua（拐点法）四、 实验内容1、测试前准备：仪器连接：将FB807测试仪及汞灯电源接通（光电管暗箱调节到遮光位置），预热20分钟调整光电管与汞灯距离约为40cm并保持不变，用专用连接线将光 电管暗箱电压输入端与FB807测试仪后面板上电压输出连接起来（红对红，黑对 黑）将“电流量程”选择开关置于合适档位测量截止电位时调到10-13A，做伏安 特性则调到10-10A （或10-11A ）测定仪在开机或改变电流量程后，都需要进行调 零调零时应将装滤色片置于 “0”，旋转调零旋钮使电流指示为000.02、用FB807实验仪测定截止电压、伏安特性：由于本实验仪器的电流放大器灵敏度高，稳定性好，光电管阳极反向电流、 暗电流水平也较低，在测量各谱线的截止电压 时，可采用零电流法（即交点 法，，即直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压 UAK 的绝对值作为截 止电压 此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，用零电流 法测得的截止电压与真实值相差较小；且各谱线的截止电压都相差 对 曲线的斜率无大的影响，即对h的测量不会产生大的影响。
1，测量截止电压：工作电压转换按钮于释放状态，电压调节范围是：-2 ~ +2，“电流量程” 开关应置于X 10-13A档在不接输入信号的状态下对微电流测量装置调零操 作方法是：将暗盒前面的转盘用手轻轻拉出约3mm左右，即脱离定位销，把e4mm 的光阑标志对准上面的白点，使定位销复位再把装滤色片的转盘放在挡光位， 即指示“ 0 ”对准上面的白点，在此状态下测量光电管的暗电流然后把365nm 的滤色片转到窗口（通光口），此时把电压表显示的UAK值调节为-1-999V ；打开汞灯遮光盖，电流表显示对应的电流值I应为负值用电压粗调和细调旋钮，逐 步升高工作电压（即使负电压绝对值减小），当电压到达某一数值，光电管输出 电流为零时，记录对应的工作电压Uak，该电压即为365nm单色光的遏止电位 然后按顺序依次换上 405nm, 436nm, 546nm, 577nm 的滤色片，重复以上测量 步骤一一记录Uak值2）测光电管的伏安特性曲线：此时，将工作电压转换按钮按下，电压调节范围转变为：-2V ~ +3（V，“电 流量程”开关应转换至X 10- 10A档，并重新调零其余操作步骤与“测量截止 电压”类同，不过此时要把每一个工作电压和对应的电流值加以记录，以便画出 饱和伏安特性曲线，并对该特性进行研究分析。
① 观察在同一光阑、同一距离条件下 5 条伏安特性曲线记录所测Uak及I的数据到表2中，在坐标纸上作对应波长及光强的伏安特 性曲线② 观察同一距离、不同光阑（不同光通量）、某条谱线在的饱和伏安特性曲 线测量并记录对同一谱线、同一入射距离，而光阑分别为 2mm,4mm,8mm 时 对应的电流值于表3中，验证光电管的饱和光电流与入射光强成正比③ 观察同一光阑下、不同距离（不同光强）、某条谱线在的饱和伏安特性曲 线在Uak为3厲时，测量并记录对同一谱线、同一光阑时，光电管与入射光在 不同距离，如 300mm, 350mm, 400mm 等对应的电流值于表4中，同样可以验证 光电管的饱和电流与入射光强成正比五、 数据处理和分析由表1的实验数据，画出 v图，求出直线的斜率，即可用h ,求出普朗克常数h，把它与公认值h比较，求出实验结果的相 对误差hh，式中常数，h表 1 Ua-v 关系Ua-v关系 光电管暗电流：0A波长入i/nm365405436546577频率 vi/x10Ai4Hz8.2147.4086.8795.495.196截止电压Uai/V-1.78-1.291-1.068-0.606-0.502根据表格可得出Ua-V曲线及其拟合曲线如下:1-0.5U"#关系光电管暗电流:0AS.21A7.4OS6.S795.196y - 0.3241X - 2.0217山w关系进电管暗电流：DA线性iUd-v黄系 ”电誉珞□逬:0A}k=3.241X10A-14=5.192 x 10八-34 JS(h h°)E 相对误差h0二 21.6%，误差偏大。
表2 的关系（①=4）②入=405nm-11471013161922252805121620242628303334Uak/VI/X10A-10A拟合后的图205011628伏安特性曲线线性(3X=436nm)线性(2X=405nm) ..线性(4 A=546nm)线性(5 X=577nm)2X=4O5nm3 X=436nm4 X=546nm5A=577nm200150504221 X=365nmIs-P关系Uak=30V入=577nmL=400mm光阑孔直径D/mm248I/x10a-10A61981Is-P关系Uak=30V入=577nmD=4mm距离L/mm300350400。