光电效应和普朗克常量的测定实验报告

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1、光电效应和普朗克常数实验一、实验目的 通过实验了解光电效应的基本规律，并用光电效应法测量普朗克常量。在 577. Onm 546. lnm 435. 8nm、404. 7nm 四种单色光下分别测出光电管的伏安特 性曲线，并根据此曲线 确定遏止电位差值，计算普朗克常量。二、实验仪器光电管，光源（汞灯），滤波片组（577. Onm, 546. lnm, 435. 8nm, 404. 7nm, 365nm 滤 波片， 50%、25%, 10%的透光片）。光电效应测试仪包括：直流电源、检流计（或微电流计）、直流电压计等。 光源（汞灯）:光电管:滤波片组盒子:光电效应测试仪:曲线 如图2御2先电符的伏安

2、待性由找1 光电流与入射光强度的关系三. 实验原理当光照在物体上时，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，山于阳极与阴极是断路，所以检流计G中无电 流流过，当用一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

3、 饱和值饱和电流与光强成正比2.光电子的初动能与入射光频率之间的关系光电子从阴极逸出时，具有初动能。当u二心-从为负值时，光电子逆着电场 力方 向由K极向A极运动，随着U的增大，光电流迅速减小，当光电流为零，此时的电压的 绝对值称为遏止电位差u.在减速电压下，当U二U.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所作的功。即1/2畑产elMI)根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光光是一种微粒，即为光子。每一光子的能量 为，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

4、转换为电 子初动能。山能量守恒定律可知 hv=I/2*mv2+A(2) 式称为爱因斯坦光电效应方程。由此可 见，光电子的初动能与入射光频率成线性关系，而与入射光的强度无关。3 光电效应有光电阈存在由(2)式可知，只有光子的能量hv大于等于逸出功A时，光电子才能有初动能，才会产生光电效应，即当光的频率时，不论用多强的光照射到物质都 不会产生光电效应， 其中V。二A/h,称为截止频率（乂称红限）。不同的金属材料的逸岀功A不同，因而截止 频率也不同。爱因斯坦，光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：由式（1）和 （2）可 得：hv二e|Ua|+A。当用不同频率的单色光分别做光源时，就有：hvF

5、e | Ui | +Ahv2=e U+A hva=e Uj+A（3）用线性U.-v拟合由直线的斜率求出h。yy jiv./i-.表1可见光区汞灯强谱线泛皿u” n *水rr：波长/run频 4V101411Z颜色579.05. 179黄577.05. 198黄546.15492绿535.86. 882蓝404.77. 410紫365.0& 216近紫外因此，用光电效应方法测量普朗克常量的关键在于获得单色光、测得光电管 的伏安 特性曲线和确定遏止电位差值。实验中，单色光可山水银灯光源经过单色 仪选择谱线产 生。水银灯是一种气体放电光源，点燃稳定后，在可见光区域内有 儿条波长相差较远的 强谱线，如

6、表 1所示。单色仪的鼓轮读数与岀射光的波长存 在一一对应关系，山单色仪 的定标曲线，即可查出出射单色光的波长（有关单色 仪的结构和使用方法请参阅有关说 明书），也可用水银灯（或白炽灯）与滤光片 联合作用产生单色光。为了获得准确的遏 止电位差值，本实验用的光电管应该具 备下列条件：（1）对所有可见光谱都比较灵敬。（2）阳极包围阴极，这样当阳极为负电位时，大 部分光电子仍能射到阳极。（3）阳极没有光电效应，不会产生反向电流。（4） 暗电流很 小。但是实际使用的真空型光电管并不完全满足以上条件。山于存在阳极光电效 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

7、 种电流和山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。 山于暗电流是山阴极的热电子发射及光电管管壳漏电等原 因产生，与阴极正向光电流相 比，其值很小，且基本上随电位差 U 呈线性变化， 因此可忽略其对遏止电位差的影响。 阳极反向光电流虽然在实验中较显著，但它 服从一定规律。据此，确定遏止电位差值， 可采用以下两种方法（1）交点法：光电管阳极用逸出功较大的材料制作，制作过程中尽量防止阴极材料蒸发， 实验前 对光电管阳极通电，减少其上溅射的阴极材料，实验中避免入射光直接照 射到阳极上， 这样可使它的反向电流大大减少，其伏安特性曲线与图2十分接近，因此曲线与U轴交点 的电位差

8、近似等于遏止电位差，此即交点法。（2）拐点法光电管阳极反向光电流虽然较大，但在结构设计上，若是反向光 电流能 较快地饱和，则伏安特性曲线在反向电流进入饱和段后有着明显的拐点，如图 3所示，此拐点的电位差即为遏止电位差。图3存在反冋电流的光四、实验内容通过实验了解光电效应的基本规律，并用光电效应法测量普朗克常量。在 577. Onm、546. Inm、435. 8nm、404. 7nm 四种单色光下分别测出光电管的伏安 特性曲线， 并根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常量。本实验所用仪器有：光电管、单色仪（或滤波片）、水银灯、检流计（或微电流 计）、 直流电源、直流电压计等，接线电路图如图

9、4所示。实验中提供的光电效 应测试仪，除 光电管S外，线路已连接好。图 4 光电效应实验接线图 实验中光电流比较微弱，其值与光电管类型，单色光强弱等因素有关，因此应根 据实际 情况选用合适的测量仪器。例如，选用GD-4、GD-5、或1977型光电管，选用的检流计的 分度值应在分度左右。如果要测量更微弱的电流可用微电流计，可测量gio的电流。 山于光电管的内阻很高，光电流如此之微弱，因此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。作v-v的关系曲线，用一元线性回归法计算光电管阴极材料的红限频率、逸出功及h值， 并与公认值比较。测定光电管的光电特性曲线，即饱和光电流与照射

10、光强度的关系，实验室提供有 透光率 50%, 25%, 10%的滤光片，请用577.0nm波长为光源，在光电管、光源位置固定时，测光电 管的正向伏安特性曲线，验证饱和电流与光强关系。六.原始数据1、选爭圭濾籾圭圭菅司合适的亞离：为请淙实證的正常汪毎汽潼光电首旬必须取合适的蜚蛊.左光电笞上放 事65nm建浸比皂源輪出岂E谒节为刊6凋节光源三光皂管叵更黒，使光岂效应测试 仪的电流显示值为-0.24|iAe2X在577Onm、546.1 nmx 435.8nmx 404.7nm匹种濒率单色光下分别测昼光电背舱伏特性芒线（测屋范H : 0 入xx珊每改变0.2V测一个点在逞止电虽附近笃隔02测一个豆宜

11、至光旦流为0）,并冬索左线确走湛止宅位差恒（对 应光宅流为吾）计算彗羽克常昼577.0nm光电流与对应电压值（电流、电压数据表）溅星次数1234567电压（V）0.00-0.10-0.20-0.30-0.40-0.50-0.60电拠人）0.080.030.00-0.02-0.03-0.04-0.04I増加列融列邊止电与对应电压值（！电压:546.1 nm灵星次数12345678电压（V）0.00010-0.20-0.30-0.40-0.50-0.60-0.70电流A）0.590.350.150.00-0.05-0.09-0.12-0.12减少列 敲电压（单位:V）30435.8nm光电流与对应

12、电压值（电流.电压数诱表）浹星次数12345678电压（V）0.00-0.20-0.40-0.60-0.80-0.90 1.40-1.60电流他1.260.820.470.230.070.002-0.12蜷加列减少列邊止电压（单位:V-0.90404.7nm表）光电流与对应电压值（电流.电压泌量次数1245678电压（V）0.000.30-0.60-0.90-1.20-1.50-1.80-02.10电t(pA)1.550.880.420.150.00-0.07-0.10-0.10堵力洞I I减少列I皿电压洋位:V） 42。普朗克常星昔朗克常量（单位：E34 JS） 687424JL选择汽源和光

13、电管旬合适的注蛊：为请棵实趁的正堂运存，光濾与光圭管闫必须取合适的距离.在崔毛音上故蚤 365nm滤安片岂源輪出旦三阔节为专匕诟节光源与光岂管亘葩罢.住光弓效应测常 仪的毛流显示值为-0.24AAB2实世室產哄有逶艺率50氷25%. 10%35逶光乩请冃5775m波长为光源，左光电竄元源位蚩回走对.測光宅管的 正旬伏安等性却线，测昼范围：0-10V。100%透光率光电流与对应电压值（电流r电压数据表）123456施M0.02.04.06.06.010.0电流（pA）0.361.261.421.501.621.62In垢顽 減少列25畑丸率%电流与立应电汪值电潦、电丘卷妄丟起和电流值（单位:吨匹

14、1-l i zri,、Mi 1 1 /2345673班(V)0 01 02 03.05.06 07.08 0电汎（M）0.02i 0.300.350.370.380.390.39D.39定顽必少列10 96透光率光电陆对应电压值（电流、电压数据表）浹呈次数12345678电压（V）0.01,02.03.04.05.06.07.0电流（“）0.010.120.140.150.160.160.160.16饱和电流值（单位:pA）06liii词趁列七、数据处理/泌出丿1 幺小初鮎曳葫盹处的作氏二！竹厂,也电寻绩芳乞二亦）易频率-/ P力八 泌2力爭-齐 小&冷八叫州g msm,:力二m主口卜Q%/八、实验结论通过这次实验，我深刻了解到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左 量值后.光电流达 到饱和值L,饱和电流与光强成正比。