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1、实验目的:实验仪器:实验原理:图-1光晅效应宾聆陳蹲圈实验题目：光电效应法测普郎克常数了解光电效应的基本规律，并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线 光电管、滤波片、水银灯、相关电学仪器当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。光电效应实验原理如图 821-1所示。其中S为真空光电管，K为阴极，A为阳极。当无光照射 阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G中无电流流过，当用一
2、波长比较短的单色光照射到阴极K上时，形成光电流，光电流随加速电位差U变化的伏安特性曲线如图 821-2所示1、光电流与入射光强度的关系光电流随加速电位差 U的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值 和值Ih，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= U a-Uk变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差 Ua存在，当电位差达到这个值时， 光电流为零。2、光电子的初动能与入射频率之间的关系光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由K极向A极运动。当U=Ua时，光电子不再能达到 A极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用
3、的功。即eU1 2 mv 2根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。每一光子的能量为hv,其中h为普朗克常量，v为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。 光电子吸收了光子的能量 hv之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A ,另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知hv丄mv2式（2）称为爱因斯坦光电效应方程。3、光电效应有光电存在若用频率不同的光分别照射到K上，将不同的频率代入光电效应方程，任取其中两个就可以解e(5Vi5)Vj其中光的频率应大于红限h A 0 ，否则无电子逸出。根据这个公式，结合图象法或者平均值 法就可以在一定精度围测得 h
4、值。实验中单色光用水银等光源经过单色滤光片选择谱线产生；使用交点法或者拐点法可以确定较 准确的遏止电位差值。实验容：1、在光电管入光口装上 365nm的滤色片，电压为-3V，调整光源和光电管之间的距离，直到电 流为-0.3卩A，固定此距离，不需再变动；2、 分别测365nm,405nm,436nm,546nm,577nm 的V-I特性曲线，从-3V 到25V，拐点出测量间 隔尽量小；3、 装上577nm滤色片，在光源窗口分别装上透光率为25%、50%、75%的遮光片，加20V电压, 测量饱和光电流Im和照射光强度的关系，作出Im-光强曲线；4、 作Ua-V关系曲线，计算红限频率和普朗克常量h，
5、与标准值进行比较。注意事项：a、严禁源直接昭般光窗口，每次换滤色片时，心定要把出光口盖上。b、严禁用手摸光学镜头表面。C、小心轻放镜片，不要把镜头摔坏。原始数据：光波长为 365nm时，电流和电压间的关系如下表U / V-3.00-2.55-2.11-1.81-1.52-1.39-1.37-1.24-1.19-1.10I /卩A-0.3-0.3-0.2-0.2-0.2-0.100.10.20.4U / V-1.05-0.98-0.81-0.75-0.62-0.53-0.49-0.25-0.120I /卩A0.50.71.01.31.72.12.93.64.25.0U / V0.411.211.
6、892.192.583.0161017.124.0I /卩A7.29.911.512.112.613.115.817.618.419.1光波长为405nm时，电流和电压间的关系如下表U / V-3.00-2.49-1.81-1.19-1.00-0.89-0.81-0.71-0.60-0.50I /卩A-0.2-0.1-0.1-0.100.10.20.40.61.0U / V-0.43-0.40-0.34-0.29-0.19-0.0500.491.011.71I /卩A1.21.41.61.92.43.23.55.77.28.5U / V2.884710131517.019.120.925.0I
7、 /卩A9.911.212.112.713.013.013.213.313.513.5光波长为436nm时，电流和电压间的关系如下表U / V-3.00-1.99-1.51-0.97-0.78-0.70-0.60-0.53-0.51-0.48I /卩A-0.1-0.1-0.100.10.20.30.40.50.7U / V-0.40-0.35-0.31-0.26-0.20-0.18-0.10-0.0600.10I /卩A0.91.11.31.51.71.92.32.52.83.3U / V0.200.621.202.033.50581419.023.9I /卩A3.85.46.78.08.51
8、0.110.811.411.711.8光波长为546nm时，电流和电压间的关系如下表U / V-3.00-1.57-1.45-0.69-0.50-0.42-0.39-0.32-0.30-0.28I /卩A-0.1-0.10000.10.20.40.50.7U / V-0.21-0.19-0.14-0.10-0.0200.190.290.460.79I /卩A0.91.01.21.51.82.02.93.33.84.7U / V1.011.411.992.783.00591419.024.8I /卩A5.25.96.67.37.58.59.49.79.910.0光波长为577nm时，电流和电压间
9、的关系如下表U / V-3.00-1.50-0.33-0.29-0.25-0.18-0.11-0.0600.09I /卩A000.10.20.30.40.60.70.91.1U / V0.140.290.400.510.700.891.191.521.712.50I /卩A1.31.51.71.92.12.22.42.62.72.8U / V3.005710131517.019.121.325.0I /卩A2.93.13.23.23.33.33.33.33.33.320V 电压时，577nm下滤光片饱和光电流和照射光强的的关系为透光率025%50%75%100%电流/ A01.02.12.73
10、.3数据处理与误差分析：根据上面五个波长下电压与电流的关系画出伏安特性曲线图一 365nm光下光电管的伏安特性曲线U/V图二 405nm光下光电管的伏安特性曲线图三 436nm光下光电管的伏安特性曲线U/A图四 546nm光下光电管的伏安特性曲线图五 577nm光下光电管的伏安特性曲线根据以上五个图，禾U用拐点法可确定在不同光频率下的遏止电压差值，列表如下:入/nmV /1014 Hz| Ua|/V3658.2161.704057.4101.154366.8820.775465.4920.655775.1980.29由此作出频率-遏止电压图，用直线拟合:V /1014 Hz14从origin中可以看出，直线斜率为k=0.396,直线在X轴上截距为xo=4.59 X 10 Hz由公式 一 k,算得 h (6.34 10 34 )J se19由公式h 0 A，算得A (2.91 10 )J普朗克常量误差为4.31%对于光电流和光强度的关系，可以作出下图由图表可得，在误差许可围，光饱和电流和光强度成正比。本实验产生误差的原因有：1 、电学仪器示数不稳定造成读数误差；2 、读数过程中对拐点的判断和作图均有误差；3 、存在阳极光电效应引起的反向电流。最终结论：普朗克常量为h(6.3410 34 )J s逸出功为A(2.9110 19 )J红限为0(4.591014 ) Hz
