光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書

1、光電效應(yīng)測(cè)普朗克常量姓名：梁智健學(xué)院：材料成型及控制工程166班學(xué)號(hào)：5901216163臺(tái)號(hào)：22時(shí)間：2017-10-16實(shí)驗(yàn)教室：309【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、驗(yàn)證愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并測(cè)定普朗克常量h。2、了解光電效應(yīng)規(guī)律，加深對(duì)光的量子性的理解。3、學(xué)會(huì)用作圖法處理數(shù)據(jù)。4、研究光電管的伏安特性及光電特性?！緦?shí)驗(yàn)儀器】1. 光電效應(yīng)測(cè)定儀2. 光電管暗箱3. 汞燈燈箱以及汞燈電源箱?！緦?shí)驗(yàn)原理】1、當(dāng)光照射在物體上時(shí)，光的能量只有部分以熱的形式被物體所吸收，而另一部分則轉(zhuǎn)換為物體中某些電子的能量，使這些電子逸出物體表面，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。在光電效應(yīng)這一現(xiàn)象中，光顯示出它的粒子性，所以深

2、入觀察光電效應(yīng)現(xiàn)象，對(duì)認(rèn)識(shí)光的本性具有極其重要的意義。普朗克常數(shù)h是年普朗克為了解決黑體輻射能量分布時(shí)提出的“能量子”假設(shè)中的一個(gè)普適常數(shù)，是基本作用量子，也是粗略地判斷一個(gè)物理體系是否需要用量子力學(xué)來(lái)描述的依據(jù)。年愛因斯坦為了解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，提出了“光量子”假設(shè)，即頻率為v的光子其能量為 。當(dāng)電子吸收了光子能量之后，一部分消耗與電子的逸出功W，另一部分轉(zhuǎn)換為電子的動(dòng)能 ，即愛因斯坦光電效應(yīng)方程 (1) 2、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)示意圖如圖1所示，圖中GD是光電管，K是光電管陰極，A為光電管陽(yáng)極，為微電流計(jì)，為電壓表，為電源，為滑線變阻器，調(diào)節(jié)可以得到實(shí)驗(yàn)所需要的加速電位差 。不同的電壓，回路中有不

3、同的電流與之對(duì)應(yīng)，則可以描繪出如圖2所示的-伏安特性曲線。（1）飽和電流的強(qiáng)度與光強(qiáng)成正比加速電壓越大，電流越大，當(dāng)增加到一定值后，電流達(dá)到最大值，稱為飽和電流，而且的大小只與光強(qiáng)成正比。（2）遏制電壓的大小與照射光的頻率成正比如圖3所示，電源反向連接，即當(dāng)加速電壓變?yōu)樨?fù)值時(shí)，電流會(huì)迅速較少，當(dāng)加速電壓負(fù)到一定值時(shí)，電流，這個(gè)電壓叫做遏制電壓，遏制電壓與入射光的頻率成正比，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。如圖4所示。 (2) (3) 【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】一、測(cè)量普朗克常量測(cè)量前的準(zhǔn)備工作1、儀器連接：將測(cè)試儀及汞燈電源接通（光電管暗箱調(diào)節(jié)到遮光位置），預(yù)熱分鐘。調(diào)整光電管與汞燈距離約為40cm并保持不變。用專用連接線

4、將光電管暗箱電壓輸入端與光電測(cè)試儀后面板上電壓輸出連接起來(lái)（紅對(duì)紅，黑對(duì)黑）。將“電流量程”選擇開關(guān)置于合適檔位:測(cè)量截止電位調(diào)到,做伏安特性調(diào)到(或)。測(cè)定儀在開機(jī)或改變電流量程后，都需要進(jìn)行調(diào)零。調(diào)零時(shí)應(yīng)將光電管暗箱電流輸出端與測(cè)試儀微電流輸入端（后面板上）斷開，旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”旋鈕使電流指示為 。調(diào)節(jié)好后，用插頭高頻匹配電纜將信號(hào)電流輸入與光電管暗盒上信號(hào)電流輸出端連接起來(lái)2、工作電壓轉(zhuǎn)換按鈕于釋放狀態(tài)，電壓調(diào)節(jié)范圍是：，“電流量程”開關(guān)應(yīng)置于 檔。3、在不接輸入信號(hào)的狀態(tài)下對(duì)微電流測(cè)量裝置調(diào)零。操作方法是: 將暗盒前面的轉(zhuǎn)盤用手輕輕拉出約左右，即脫離定位銷,把的光闌標(biāo)志對(duì)準(zhǔn)上面的白點(diǎn)，使定

5、位銷復(fù)位。再把裝濾色片的轉(zhuǎn)盤放在擋光位，即指示“”對(duì)準(zhǔn)上面的白點(diǎn)，在此狀態(tài)下測(cè)量光電管的暗電流。4、然后把的濾色片轉(zhuǎn)到窗口（通光口）,此時(shí)把電壓表顯示的值調(diào)節(jié)為；打開汞燈遮光蓋，電流表顯示對(duì)應(yīng)的電流值應(yīng)為負(fù)值。用電壓粗調(diào)和細(xì)調(diào)旋鈕，逐步升高工作電壓（即使負(fù)電壓絕對(duì)值減小），當(dāng)電壓到達(dá)某一數(shù)值，光電管輸出電流為零時(shí)，記錄對(duì)應(yīng)的工作電壓，該電壓即為單色光的遏止電位。將此電壓填入表1中的相應(yīng)位置。5、然后按順序依次換上的濾色片，重復(fù)以上測(cè)量步驟。一一記錄即值，填入表1中。二、測(cè)量不同通光量時(shí)光電管的伏安特性曲線1、將工作電壓轉(zhuǎn)換按鈕按下，電壓調(diào)節(jié)范圍轉(zhuǎn)變?yōu)椋?，“電流量程”開關(guān)應(yīng)轉(zhuǎn)換至 檔，并重新調(diào)零

6、。 1、取，測(cè)量和值，分別填入標(biāo)準(zhǔn)2，并在坐標(biāo)紙上以描點(diǎn)法畫出曲線；2、取，測(cè)量和值，分別填入標(biāo)準(zhǔn)3，并在與（1）相同的坐標(biāo)紙上以描點(diǎn)法畫出曲線；3、取，測(cè)量和值，分別填入標(biāo)準(zhǔn)4，并在與（1）相同的坐標(biāo)紙上以描點(diǎn)法畫出曲線；三、分別測(cè)出不同通光量（光強(qiáng)）時(shí)的電流值并加以比較將工作電壓轉(zhuǎn)換按鈕按下，電壓調(diào)節(jié)范圍轉(zhuǎn)變?yōu)椋?，“電流量程”開關(guān)應(yīng)轉(zhuǎn)換至 檔，并重新調(diào)零。 1、取，,光闌分別取將相應(yīng)的電流值填入表5中；2、取，,距離分別取，將相應(yīng)的電流值填入表6中；【數(shù)據(jù)處理】表1 關(guān)系( “電流量程”開關(guān)應(yīng)置于檔 電壓= )波長(zhǎng)365405436546577頻率8.2147.4086.8795.4905

7、.196截止電壓-1.801-1.433-1.240-0.705-0.594圖 6 Vi與Uai關(guān)系 由圖6可知，截止電壓的絕對(duì)值數(shù)值|Uai|隨著頻率Vi的增大而增大，觀察圖線知兩者近似呈線性關(guān)系。表 關(guān)系， =365m 電壓=-2024681012141618202224262808224363758797109121126133140146151160圖7(=436nm） I與Uak關(guān)系圖8 (=546nm） I與Uak關(guān)系表3 關(guān)系，=405壓=-20246810121416182022242628300061317202325272931333435363738由圖7和圖8可知陽(yáng)極電

8、流飽和緩慢，整個(gè)曲線先平穩(wěn)增長(zhǎng)，后斜率變大，再后來(lái)到達(dá)飽和。從-2V開始，電流隨電壓的增大而從0A開始上升。對(duì)于不同波長(zhǎng)的光，所到達(dá)的飽和電流值也不同，但大都當(dāng)電壓趨近30V左右時(shí)電流值趨于飽和。表4 關(guān)系=365電壓=光闌孔24837115432由表4知隨著光闌孔的增大，電流會(huì)增大。表5 關(guān)系 D = 8mm=365電壓=距離300350400 1318848630由表5知隨著距汞燈距離的增大，電流會(huì)減小(即光強(qiáng)減弱，電流值相應(yīng)減小)?！菊`差分析、思考題】1測(cè)定普朗克常數(shù)的關(guān)鍵是什么？怎樣根據(jù)光電管的特性曲線選擇適宜的測(cè)定遏止電壓的方法。2從遏止電壓與入射光的頻率的關(guān)系曲線中，你能確定陰極材

9、料的逸出功嗎？3本實(shí)驗(yàn)存在哪些誤差來(lái)源？實(shí)驗(yàn)中如何解決這些問(wèn)題？本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用不同的方法測(cè)出了普朗克常數(shù)，不過(guò)卻不同程度的具有一定誤差，誤差產(chǎn)生原因是： 1、本底電流的影響，本底電流是由于室內(nèi)的各種漫反射光線射入光電管所致，它們均使光電流不可能降為零 且隨電壓的變化而變化。2、暗電流的影響，暗電流是光電管沒有受到光照射時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生電流，它是由于熱電子發(fā)射、和光電管管殼漏電等原因造成； 3、光電管制作時(shí)產(chǎn)生的影響：（1）、由于制作光電管時(shí)，陽(yáng)極上也往往濺射有陰極材料，所以當(dāng)入射光射到陽(yáng)極上或由陰極漫反射到陽(yáng)極上時(shí)，陽(yáng)極也有光電子發(fā)射，當(dāng)陽(yáng)極加負(fù)電位、陰極加正電位時(shí)，對(duì)陰極發(fā)射的光電子起了減速的作用，而對(duì)陽(yáng)極的電子卻起了加速的作用，所以