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1、实验 普朗克常量的测定实验人： 学号： 实验时间实验概述【实验目的及要求】1. 通过实验深刻理解爱因斯坦的光电子理论，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。【仪器及用具】高压汞灯、滤色片、光电管、微电流放大器（含电源）【实验原理】爱因斯坦从他提出的“光量子”概念出发，认为光并不是以连续分布的形式把能量传播到空间，而 是以光量子的形式一份一份地向外辐射。对于频率为v的光波，每个光子的能量为hv，其中，h = 6.6261 X 10-34焦耳秒，称为普朗克常数。当频率为的光照射金属时，具有能量hv的一个光子和金
2、属中的一个电子碰撞，兀 传递给电子。电子获得的能量一部分用来克服金属表面对它的束缚，剩余的能量就成为逸 光电子的动能。显然，根据能量守恒有：(1)E = hv - Wks这个方程称为爱因斯坦方程。这里ws为逸出功，是金属材料的固有属性。对于给定的金属材料，ws是 一定值。1/爱因斯坦方程表明：光电子的初动能与入射光频率之间呈线性关系。入射光的强度增加时 丁爹 目也增加。这说明光强只影响光电子所形成的光电流的大小。当光子能量hvW时，不能产生光电子。 即存在一个产生光电流的截止频率v （v = W /h ）。的单色光照射在 阴极K和阳极A 子运动起减速作 相应减少，光电流 的初动能全部用00 S
3、K本实验采用的实验原理图见图1。一束频率为v 真空光电管的阴极K上，光电子将从阴极逸出。在 之间外加一个反向电压（A接负极），它对光电 用。随着反向电压的增大，到达阳极的光电子 减少。当Vka=Us时，光电流降为零。此时光电子 于克服反向电场作用。即eUs= ES k时，截止电压也不这时的反向电压us叫截止电压。入射光频率不同 同。将（2）式代入（1）式得U =- （V -v ）s e 0式中h，e都是常量，对同一光电管V也是常量，实验中测量不同频率下的U，做出U v曲线。在（3） 0sS式得到满足的条件下，这是一条直线。若电子电量e为已知，由斜率k=h/e可以求出普朗克常数h,由直 线在Us
4、轴上的截距可以求出逸出功Ws，由直线在v轴上的截距可以求出截止频率v0,见图2。在实验中测得的伏安特性曲线与理想的有所不同，这是因为：1光电管的阴极采用逸出电位低的碱金属材料制成，这种材料即使在高真空也有易氧化的趋向，使 阴极表面各处的逸出电势不尽相等。同时逸出具有最大动能的光电子数目大为减少。随着反向电压的增 高，光电流不是陡然截止，而是较快降低后平缓地趋近零点。2阳极是用逸出电势较高的铂、钨等材料做成。本来只有远紫外线照射才能逸出光电子。但在使用 过程中常会沉积上阴极材料，当阳极受到部分漫反射光照射时也会发生光电子。因为施加在光电管上的 外电场对于这些光电子来说正好是个加速电场，使得发射的
5、光电子由阳极飞向阴极，构成反向电流。3暗盒中的光电管即使没有光照射，在外加电压下也会有微弱电流流通，称作暗电流。其主要原因 是极间绝缘电阻漏电（包括管座以及玻璃壳内外表面的漏电）阴极在常温下的热电子辐射等。暗电流与 外加电压基本上成线性关系。由于以上原因，实测曲线上每一点的电流是阴极光电子发射电流、阳极反向光电子电流及暗电流三 者之和。理想光电管的伏安特性曲线如图3的虚线所示，实际测量曲线如图中的实线表示。光电效应实验仪原理见图4。常见的GDh-1型光电管阴极为Ag-0-K化合物，最高灵敏度波长为410 10n m。为避免杂散光和外界电磁场的影响，光电管装在留有窗口的暗盒内。实验光源为高压汞灯
6、，与滤色片配合使用，可以提供356.6, 404.7, 435.8, 546.1, 577.0nm五种波 长的单色光。定范围调节。也可以由锯齿波发生器产生随时间由于光电流强度非常微弱，一般需要经过微电流放大器放大后才能读出。微电流放大器的测量范围 10-810-13A，共分六档。光电管的极间电压由直流电源提供，电源可以从负到正在实验时可以由电压表和电流表逐点读数，并根据测量数据做图。连续增大的电压加在光电管上，这时光电流也是连续变化的。将电流、电压量分别接在X-Y记录仪的Y 端和X输入端（或计算机A/D转换器的输入端），就能自动画出光电管的伏安特性曲线。由于暗电流和阳极电流的存在，准确地测量截
7、止电压是困难的。一般采用下述两种方法进行近似处 理：1. 若在截止电压点附近阴极电流上升很快，则实测曲线与横轴的交点（图3中的“1”点）非常接 近于Us点。以此点代替Us点，就是“交点法”。2/若测量的反向电流饱和很快，则反向电流由斜率很小的斜线开始偏离线性的“抬头点”（图3中 的“2”点）电压值与Us点电压非常接近，可以用“抬头点”电压值代替Us点电压。实验内容【实验方案设计】（测量及调节方法）1. 按要求布置好仪器，打开微电流放大器的电源预20分钟。2. 罩好暗盒窗上的遮光罩，测量暗电流随电压的变化。3. 选择好某一波长的入射光，由一2V开始增加电压进行粗测。注意观察电流变化较大时对应的电
8、压 区间，细测时在此区间应内多取一些测量点，以减小描绘曲线时的误差。4. 在以上基础上精确测量I随U变化的数据。5. 更换滤色片，选择其它波长，重复第2项和第3项实验内容。6. 做各波长I-U曲线，用“抬头点”确定Us点。7做Uv曲线，验证爱因斯坦公式。用作图法或最小二乘法求斜率并外推直线求截距，计算普朗 克常数h、逸出功Ws和截止频率v0。8. 用锯齿波发生器做电源，由X-Y记录仪（或计算机）绘图，进行第5项和第6项工作。9. 用移动光源位置或改变窗口大小的方法改变入射光的强度，观测Ws、vo和饱和电流Is的变化。 实验中要注意如下事项：1. 汞灯打开后，直至实验全部完成后再关闭。一旦中途关闭电源，至少等5分钟后再启动。2. 注意勿使电源输出端与地短路，以免烧毁电源。3. 实验过程中不要改变光源与光电管之间的距离（第9项内容除外），以免改变入射光的强度。4. 注意保持滤色片的清洁，但不要随意擦拭滤色片。5. 实验后用遮光罩罩住光电管暗盒，以保护光电管。【数据表格】（画出数据表格，写明物理量和单位）
