光电效应52400字 设计综合篇——光电效应实验报告姓名：学号班级：新能源121班试验编号：34试验时间：15-16周光电效应实验目的：1）了解光电效应的的实验规律和光的量子性2）测定光电效应的伏安特性曲线，验证光电效应第一定律3）验证爱因斯坦方程，通过实验测定普朗克常量4）比较不同频率光强的伏安特性曲线和遏止电压实验仪器：FB807型光电效应测定仪实验原理：当一定频率的光照射到金属表面上时，有电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应从金属表面逸出的电子称为光电子实验的示意图如下：图1—电路图图一中，A，K组成真空的光电管，A为阳极，K为阴极当一定频率ν的光照射到由金属材料制成的阴极K上就有光电子逸出金属表面，形成微弱的光电流，若在A,K两端加上加速电压，光电流会加大直到饱和那么这些在金属表面的电子又是怎么逸出的呢？爱因斯坦给出了答案：当金属中的电子吸收一个频率为ν的光子时就会吸收他的所有能量hν，如果这些能量大于电子摆脱束缚所需的逸出功W，电子就会从金属表面逸出关系式为：hν=?mvv+W此式称为爱因斯坦方程，h为普朗克常量mvv是光电子最大初动能由此式可以知道，存在截止频率ν0使hν0刚好等于W，则动能为零。
因而只有ν大于或等于ν0时才能产生光电流光电效应第一定律：当光强一定时，光电流随着极间的加速电压的增大而增大并逐渐趋于一个饱和值I，对于不同光强，饱和电流I与入射强度成正比如图：图2——同频率不同光强伏安特性遏止电压及普朗克常量的测定：当加速电压为零时，光电流并不为零，这是因为光电子具有初动能，这时只需在极间加上适当大小反向的电压，光电流便会为零，这一电压便称为遏止电压Uc此时静电场对光电子所做的功的大小等于初动能同一频率不同光强的遏止电压相同，说明光电子的初动能只与入射光的频率和逸出功有关实验所用关系式为：?mv=eUc=hν-W如图：图四—遏止电压与频率关系则普朗克常量：h=e（U1-U2）/（v1-v2）实验过程：1）实验前准备包括接通电源，预热汞灯20分钟；调节光电管与汞灯距离为400mm；连接光电管暗箱电压输入端与测定仪电压输出端；测试前调零2）测量遏止电压调零后用Q9专用电缆连接光电管信号输出与测定仪信号输入端，电压转换按钮释放，电流量程置于?10-13之后调节好各个状态如光圈和距离这时先选365nm波长，打开汞灯灯罩开始调节电压直到电流为零，记录此时工作电压U然后按次序依次换上405nm,436nm,546nm，577nm滤色片重复测量步骤。
3）测量光电管的伏安特性将工作电压转换按钮按下，电流量程置于?10-10，并重新调零其余操作步骤与“2）”中相同，只不过这时要把每一个工作电压和相应电流记录4）观察同一距离，不同光阑，某条谱线的饱和曲线选577nm波长，距离用400mm，电压调到最大30V记录不同光阑下饱和电流大小5)观察同一光阑，不同距离，某条谱线的饱和曲线选577nm波长，光阑用2mm,电压调到最大30V记录不同距离下的饱和电流大小实验数据处理（1）不同频率下的遏止电压将数据代入h=e（U1-U2）/v1-v2得:h=(2.9296-0.9376)×10 /(8.214-5.196)=6.6×10 J S通过作图计算求得的普朗克常量与公认值很接近相同光强不同频率的光照射下数据λ=365nm Φ=4nm L=400mmλ=405nm Φ=4nm L=400mmλ=436nm Φ=4nm L=400mm31114λ=546nm Φ=4nm L=400mmλ=546nm Φ=4nm L=400mm作根据所得数据出以上图形，在一定程度上放映了光电效应的伏安特性但实验也有不足之处：没有测得能够表现出饱和电流大小与光圈大小（影响光照强度的量之一）成线性关系的数据（所测数据无法表现）。
误差分析：1）出现误差的最主要原因应该是遏止电位差测量的不精确由于存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流（即无光照射时的电流），所以测得的电流值，实际上包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分，所以伏安曲线并不与U轴相切，进而使得遏止电位差的判断较为困难因此，实验的成败取决于电位差是否精确为了减小实验的误差，确定遏止电位差值，本实验中采取了交点法测量遏止电位差，但是实验的结果仍有较大误差2）实验所用仪器是新购置的，所以系统误差（反向电流，暗电流，本底电流）虽说有但不会是主要影响测量结果的因素实验的过程中，出现了当加速电压已经加到仪器最大值时仍不见电流趋于一个明显饱和趋势的情况，说明光电流的饱和值相对较大，而这时的光的波长短，光电管与汞灯的距离近了，光圈大了，预热过久都有可能造成这种情况在我的实验过程中，测量伏安特性时，光圈选了4nm，可能就是这个欠妥的选择，导致了不见光电流有一个明显趋于饱和的情况而在测定光圈大小与饱和电流关系以验证饱和光电流与光强成正比的部分里，我将波长调到最长，距离调最大，仍然出现了不见饱和的趋势的情况，考虑到此时已是实验末期，汞灯通电很久，发热较多，光强很高，所以这可能也是导致我无法通过测量光圈大小与饱和电流关系以验证光强与饱和电流成正比的原因。
注意事项1.严禁光源直接照射光电窗口,每次换滤光片时,必定要把出光口盖上; 2.严禁用手摸光学镜头表面; 3.小心轻放,不要把镜头摔坏；4.测量中要注意抗外界电磁干扰，并避免光直接照射阳极和防止杂散光干扰 5.完成实验后，将实验器材整理好并放回原处第二篇：光电效应及普朗克常数的测定预习提纲 2200字光电效应及普朗克常数的测定预习提纲1、实验任务（1）用光电效应仪测普朗克常数； （必做）（2）光强对普朗克常数测定影响的研究 （选做）2、实验原理（1）截止电压与截止频率？（2）如何确定不同频率下的截止电压？（3）光电子的能量随光强变化吗？（4）光电流的大小随光强变化吗？（5）如何从光电管的U-I特性图上利用“拐点法”确定“截止电压”？（6）如何利用“线性函数”图像求出普朗克常数？3、操作规范（1）汞灯开启直至实验结束、数据签字后方能关闭；（2）操作时，室内人员请勿讲话和走动，以免影响实验数据；（3）仪器不用时，将镜头盖盖上，关掉电源开关4、数据处理表格设计表格设计：不同频率下的伏安特性曲线（数据仅仅供参考，每位同学的仪器数据都不同）光阑孔直径Φ= 10.00 ×10；距离：电压值量程：-3.14—+3.14 V； 电流值放大倍率 ×10 ?A；-5-3-2数据处理：（两种方法选一种）（1） 利用坐标纸：根据实验数据在坐标纸上画出每个频率下的伏安特性曲线，并找出相应的截止电压、作出截止电压——频率图，找出斜率K，再根据公式h=eK 求出普朗克常数。
2）利用电脑：将实验数据输入在Excel表格中，点击“图表向导”作出每个频率下的伏安特性曲线图形，确定截止电压；再利用截止电压——频率数据作出截止电压——频率图，鼠标指向图线，按鼠标“右键”，点击“添加趋势线”，在“类型”中选则“线性（L）”，在“选项”中选“显示公式（E）”，在显示图形上，可直接确定斜率的大小，根据公式h=eK 求出普朗克常数3）不确定度的处理方法在Excel中选：4个空格→fx→统计→Linest(双击) →分别在表格最上的1、2两行中，填入原始数据（截止电压、频率）；在3、4两行中，分别填入true、true→(Ctrl+Shift+Enter),则第一列第一行为斜率拟合值，第一列第二行为斜-3-2光阑孔直径Φ=10.00×10； 距离： L=（5）作出截止电压Us—v图线，确定斜率K截止电压Us—v图线截止电压（纵坐标，单位：V）——频率（横坐标，单位：x10HZ）：14（6）数据计算过程公认值: h0=6.63×10－34(J·S)找出斜率，再根据公式h=eK 求出普朗克常数h其中：K在图上直接找出E?h?h0?100%h0h???h计算：图中看出斜率为：0.4378 x10-14；斜率不确定度0.031 x10-14?h?e??k?1.6?10?19?0.031?10?14?0.50?10?34(JS)计算得： h?eK=1.6?10?19?0.4378?10?14?7.01?10?34(JS)?34h????(7.01?0.50)?10JShh?h07.01?10?34?6.63?10?34百分差： E?ph?100%?06.63?10?34?100%?5.5%一般控制在8%以内。
5结果讨论和误差分析(仅供格式上的参考)定性分析：举例：（1）截止电压的取值是影响测量结果的主要原因；（2）电流的原因：由于有暗电流、本底电流、反向电流的干扰，实际的截止电压应在电流为零时的反向电压与电流达到反向饱和拐点处对应的反向电压之间，不易准确找到，一般以前者或后者来近似代替，故会产生较大的误差反向电流是由于在制造过程中光阴极物质溅射到阳极上，当光照射时，其行为与光阴极相似，致使在截止电压下获得一个反向电流，随着反向电压的增加，反向电流趋于饱和，这是因为在测量反向截止电压时，阴极是高电位，阳极是低电位，阳极是的阴极材料光电子在光电效应中的加速电场中所产生的反向电流就是在加上反向电压后总有0.2-0.4?Α，（随频率的不同而异）的光电流的原因，实验得知随着反向电压增加到一定的值时（3.00V左右），这一电流就不在增加，所有阳极光电子都到了阴极3）电压的原因：由于电流原因，导致本实验截止电压偏大，ｈ值偏大 定量分析：（1）改变距离为 L=20.00cm，其它不变时，(要求具体处理计算过程)测得：h20.00?eK=1.6?10?19?0.4366?10?14?6.99?10?34(JS) ?19?14?34 h 27.13 ?eK=1.6?10?0.4378?10?7.01?10(JS)比较h值相差较小，故得出结论：说明光强的改变对普朗克常数的测定没有影响（2）改变光澜孔直径，其它不变时，h是否会发生变化？（3）实验中减少杂光的干扰时， h是否会发生变化？6 仪器操作提示按仪器盖上的实验步骤及参数进行操作7实验报告注意（1）实验参考内容：浙江海洋学院主页—机构设置—公共实验中心—物理实验教学中心—“教学/实验预习”及教材中的内容。
2） 图形：最好利用Excel，六幅图打印在一张B5纸，粘在报告内；也可利用坐标纸手工画图；（3） Excel制图操作步骤：在预习提纲内；（4） 求出普朗克常数h=eK时，先代数据、算出结果并写出单位（5） 不确定度最多取两位有效数字；（6） 在波长图中标出对应的波长、截止电压值（可手写）；（7） 截止电压尽量取准确＋ -全文完-。