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1、大学物理实验报告实验名称姓名学号实验类型（验证性、综合性）指导教师上课时间年月日实验名称： 数智能型光电效应实验仪测普朗克常实验时间：小组成员：实验地点：实验目的：1、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。2、测量普朗克常数h。3、描绘光电管的伏安特性曲线。仪器、设备和材料：ZKYGD-4型智能光电效应实验仪，计算机实验原理：光电效应的实验原理如图5-5-1中的图1所示。入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电 的作用下向阳极A迁移形成光电流，改变外加电压U ，测量出光电流I的大小，便可以得出光电管的 Ak安特性曲线。光电效应的基本实验如下：图5-5-1光电效应实验原理及实验曲线、对
2、应于某一频率，光电效应的I-UAk关系如图5-5-1中的图2所示。从图中可见，对一定的 频率，有一电压U与其对应，当U U时，电流为零，这个相对于阴极的负值电压，被称为截止 0Ak0电压。、当UAk - U0后，电流I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流I的大小与入射光的强度成 Ak0m正比。、对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图5-5-1中的图3所示。、作截止电压U与频率U的关系曲线如图5-5-1中的图4所示。U与U成正比关系。当入射光 0 0频率低于某极限值，（九随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产 生。、光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要
3、频率大于U，在开始照射后立即有 光电子产生，所经过的时间至多为10-9S的数量级。按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中 在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为u的光子具有能量 E=h u，h为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的电子全部吸收，而无需积累 能量的时间。电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能, 按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：hu二* 1 2 mv 2 + A(5-5-1)式中，A为金属的逸出功，2mv2为光电子获得
4、的初始动能。由式5-5-1可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以，即使阳极电位比阴 极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有关 系：1eU = mv 2（5-5-2）0 2阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电 流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加U 时I不 AK 再变化，光电流出现饱和，饱和光电流I的大小与入射光的强度P成正比。m光子的能量hu o A时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频率（截 止频率）是u 0
5、= Ah。将上述两式整理可得：eU 二 hu - A（5-5-3）0式5-5-3表明截止电压U是频率u的线性函数，直线斜率k二，只要用实验方法得出不同的频 o/ e率对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数h。都很小，用零电流法测得的截止电压与真实值相差较小，且各谱线的截止电压都相差AU，对 U -U曲线的斜率无大的影响，因此对h的测量结果影响不大。0测量截止电压：测量截止电压时，“伏安特性测试/截止电压测试”状态键应为截止电压测试状态。“电流 量程”开关应处于10-13A档。 手动测量使“手动/自动”模式键处于手动模式。 自动测量按“手动/自动”模式键切换到自动模式。3、测光电管的伏
6、安特性曲线、功能选择键“伏安特性测试/截止电压测试”应为伏安特性测试状态。“电流量程”开 关应拨至1010A档，并重新调零。、将直径4mm的光阑及所选谱线的滤色片装在光电管暗箱输入口上。测伏安特性曲线可选用“手动/自动”两种模式之一，测量的最大范围为-150V，自动测量时步长为1V，仪器功能及使用方法如前所述。、仪器与示波器（或计算机）连接方法同上。 可同时观察5条谱线在同一光阑、同一距离下伏安饱和特性曲线。 可同时观察某条谱线在不同距离（即不同光强）、同一光阑下的伏安饱和特性曲线。 可同时观察某条谱线在不同光阑（即不同光通量）、同一距离下的伏安饱和特性曲线。由此 可验证光电管饱和光电流与入射
7、光成正比。、记录所测U 及I的数据到表5-5-2中，作对应于以上波长及光强的伏安特性曲线。AK数据记录与数据处理1、测普朗克常数的测量 数据记录于表5-5-1中表5-5-1U -u关系数据表光阑孔：mm波长九/nm365.0404.7435.8546.1577.0频率u /x 1014Hz8.2147.4086.8795.4905.196截止电手动压 U 0/V自动实验数据处理；得出U -U直线的斜率k，即可用h二ek求出普朗克常数，并与h的公认值 0h- h-h 比较，求出相对误差 E =o。（其中 e = 1.602 x 10-19C， h = 6.626x10-34J -S ）oh00若
8、本项实验与计算机连接自动操作，h的计算可由计算机自动完成，详细操作可参照随机配 送的软件或说明书。2、光电管伏安特性曲线测定 数据记录于表5-5-2中、如手动操作，用Excel图表”功能（或坐标纸上）完成不同频率的I - U 曲线。AK、若与计算机连接自动操作，I-U 曲线在实验中自动完成，由打印机打出。详细操作可 AK参照随机配送的软件或说明书。实验结果分析物理实验原始数据记录专业班级实验日期学号姓名 同组姓名实验内容1、测试前准备：、将实验仪及汞灯电源接通（汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上），预热20分钟。、调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变。、用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与实验仪电压输出端（后面板上）连接起来（红一红，兰 一兰）。、将“电流量程”选择开关置于所选档位，进行测试前调零。、若要动态显示采集曲线，需将实验仪的“信号输出”端口接至示波器的“Y”输入端，“同步 输出”端口接至示波器的“外触发”输入端。2、测定普朗克常数h问题讨论及测量方法：由于本实验仪器的电流放大器灵敏度高，稳定性好；光电管阳极反向电流，暗电流水平也较 低。在测量各谱线的截止电压 U时，可采用零电流法，即直接将各谱线照射下测得的电流为零0时对应的电压U 的绝对值作为截止电压U。此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流AK0
