《逸出功的测定实验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《逸出功的测定实验报告（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光电效应测普朗克常数在近代物理学中，光电效应在证实光的量子性方面有着重要的地位。1905年爱 因斯坦在普朗克量子假说的基础上圆满地解释了光电效应，约十年后密立根以精 确的光电效应实验证实了爱因斯坦的光电效应方程，并测定了普朗克常数。而今 光电效应已经广泛地应用于各科技领域，利用光电效应制成的光电器件（如：光 电管、光电池、光电倍增管等）已成为生产和科研中不可缺少的器件。【实验目的】1. 测定光电效应的基本特性曲线，加深对光的量子性的理解；2. 学习验证爱因斯坦光电方程的实验方法，并测定普朗克常数。【实验仪器】ZKYGD1光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片（五个）、光阑（两个）、光 电管、测试仪
2、（含光电管和微电流放大器）图1实验仪器实物图【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，标为普朗克常数，它的公认值是为=6.626幻。顼项一吕。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，尸为入射光的频率
3、，牌为电子的质量，为光电子逸出金属表面的初速度，陟为被光线照射的金属材料的逸出功，2为从金属逸出的光电子的最大初动能。由（1）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就被称 为光电效应的截止电压。显然，有- rav2 = 0上（2）代入（1）式，即有（3）由上式可知，若光电子能量力尸职，则不能产生光电子。产生光电效应的最低应频率是 用，通常称为光电效应的截止频率。不同材
4、料有不同的逸出功，因而左也不同。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（3）式改写为（4）上式表明，截止电压。是入射光频率的线性函数，如图2,当入射光的频率定二也尸二儿时，截止电压 耳二，没有光电子逸出。图中的直线的斜率 是h =sk个正的常数：（5）由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的Ur曲线，并求出此曲线的斜 率，就可以通过式（5）求出普朗克常数妲其中？=1.6MlQTp是电子的电量。图2 U0-v直线图3是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为、强度为尹的
5、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 业，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。双的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压增加到 邛祯时，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。11i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
6、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 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八A之间 电压大小变化而变化。(2) 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【实验内容及步骤】1. 调整仪器(1)
7、用专用电缆将微电流测量仪的输入接口与暗盒的输出接口连接起来；将微电 流测量仪的电压输出端插座与暗盒的电压输入插座连接起来；将汞灯下侧的电线 与限流器连接起来；接好电源，打开电源开关，充分预热(不少于20分钟)。(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，使其显示 “000”。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365.0nm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. 测量光电管的伏安特性曲线。暗盒光窗口装365.0nm滤光片和2mm光阑，缓慢调节电压旋钮，令电压输出值 缓慢由-2伏增加到+20V，-2到0之间每隔0
8、.2V记一个电流值，0到20之间每隔3伏 记一个电流值。但注意在电流值为零处记下截止电压值。(2) 在暗盒光窗口上换上404.7nm滤光片，仍用2mm的光阑，重复步骤(1)。记 入表1。(3) 换用4mm的光阑重复步骤(1)、(2)。(4) 选择合适的坐标，分别作出两种光阑下的光电管伏安特性曲线UI。3. 测量普朗克常数尚(1) 将电压选择按键开关置于2+ 2V档，将“电流量程”选择开关置于1。一 A档。将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上。(2) 将直径为4mm的光阑和365.0nm的滤色片装在光电管电暗箱输入口上。(3) 从高到低调节电压，用“零电流法”测量该波长对应的口，并将数据记录
9、 于表2中。(4) 依次换上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的滤色片，重复步骤(1)、 (2)、(3)。【注意事项】1. 微电流测量仪和汞灯的预热时间必须长于20分钟。实验中，汞灯不可关闭。如果关闭，必须经过5分钟后才可重新启动，且须重新预热。2. 微电流测量仪与暗盒之间的距离在整个实验过程中应当一致。3. 注意保护滤光片，防止污染。4. 更换滤光片时，注意遮挡住汞灯光源。5. 微电流测量仪每改变一次量程，必须重新调零。【数据记录及处理】1.表1光电管的伏安特性滤光片及光伏安特性(U-V，I-nA)阑365.0nm2 mmU-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1
10、.0-0.8-0.6-0.4-0.2-0IU36912151821242730I4mmU-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.2-0IU36912151821242730I404.7nm2 mmU-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.2-0IU36912151821242730I4mmU-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.2-0IU36912151821242730I2.表2频率与截止电压的关系波长（nm）365.0404.7435.8546.1577.0频率D（Q砂旺）8.2147.4086.8795.4905.196截止电压乩（。【思考题】1. 光电管为什么要装在暗盒中？为什么在非测量时，用遮光罩罩住光电管窗 口？2. 为什么当反向电压加到一定值后，光电流会出现负值？3. 入射光的强度对光电流的大小有无影响?
