光電效應及普朗克常數(shù)的測定作圖法

1、大學物理實驗示范中心大學物理實驗示范中心n光的照射下，使物體中的電子脫出的現(xiàn)象叫做光電效應(Photoelectric effect)。 光電效應分為光電子發(fā)射、光電導效應和光生伏打效應。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內部，稱為內光電效應。 內光電效應內光電效應 光電效應是19世紀末發(fā)現(xiàn)的，詳細的研究一直到1914年，研究中發(fā)現(xiàn)光電效應的基本規(guī)律，無法用麥克斯韋的經(jīng)典電磁理論作出完滿的解釋。1905年愛因斯坦應用普朗克的量子論，提出光量子概念，給光電效應以正確的解釋。其中普朗克常數(shù)是現(xiàn)代物理學中的一個重要常數(shù)；由光電效應實驗可簡單準確地測定普朗克常數(shù)，實驗有助對

2、光的量子性的理解。實驗目的實驗目的 1. 通過光電效應實驗了解光的量子性。 2. 測量光電管的弱電流特性,找出不同光頻率下的截止電壓。 3. 驗證愛因斯坦方程，用作圖法求出普朗克常數(shù)。實驗原理實驗原理 在光的照射下，電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫在光的照射下，電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫光電效應。光電效應。VGAK+RE+光電效應實驗原理圖光電效應實驗原理圖ImIo0UAKU某一頻率下某一頻率下, ,某一光強時某一光強時光電管的伏安特性曲線光電管的伏安特性曲線1. 1. 實驗規(guī)律實驗規(guī)律 （2 2）截止電壓）截止電壓U0 與入射光頻率具有線性關系。與入射光頻率具有線性關系。0U0（1 1）僅當）

3、僅當 0（截止頻率）時才發(fā)生光電效應，截截止頻率）時才發(fā)生光電效應，截止頻率與材料有關，但與入射光強無關。止頻率與材料有關，但與入射光強無關。U0 曲線曲線(3)(3)在同一頻率下，飽和光電流強度在同一頻率下，飽和光電流強度Im 正比于入射光正比于入射光強強P。(4)(4)光電效應是瞬時效應。當光照射到金屬表面時，幾光電效應是瞬時效應。當光照射到金屬表面時，幾 乎立即就有光電子逸出。乎立即就有光電子逸出。1P2PIm1Im2Io0UAKU12PP 同一頻率同一頻率, ,不同入射光強時不同入射光強時IUAK曲線曲線向外輻射 。至于光電效應，是具有能量 的一個光子作用于金屬中的一個自由電子，并把它

4、的全部能量都交給這個電子而造成的。如果電子脫離金屬表面耗費的能量為 的話，則由光電效應打出來的電子的動能為vhvsWsWhEsWhm221或 愛因斯坦認為從一點發(fā)出的光不是按麥 克斯韋電磁學說指出的那樣以連續(xù)分布的形 式把能量傳播到空間，而是頻率為 的光以 hv為能量單位(光量子) 的形式一份一份地 式中 為普克朗常數(shù), 為入射光的頻率， 為電子的質量， 為光電子逸出金屬表面時的初速度， 為受光線照射的金屬材料的逸出功(或功函數(shù))。hvmsW2. 2. 愛因斯坦對光電效應的解釋愛因斯坦對光電效應的解釋實驗器材實驗器材普朗克常數(shù)測定儀微電流測試儀、測試臺實驗內容實驗內容1. 1. 測試前準備測試

5、前準備: : 蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，將光電管與汞燈距離調蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，將光電管與汞燈距離調 整并保持在整并保持在400400mm，接通測試儀及汞燈電源，預熱約接通測試儀及汞燈電源，預熱約1515min。 （注意：汞燈一旦開啟，不要隨意關閉）注意：汞燈一旦開啟，不要隨意關閉）(2) (2) 測試儀調零：蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，測試儀調零：蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，“電壓電壓”選選 擇在擇在2 2V+2+2V檔，檔，“電流量程電流量程”選擇在選擇在1010-13-13A檔，旋轉檔，旋轉“電電 流調零流調零” ” 旋鈕使旋鈕使“電流表電流表”指示為零。指示為零。 （

6、注意：每次調換（注意：每次調換“電流量程電流量程”，都應重新調零，都應重新調零) )(3) (3) 調整光路：調整光路：先先取下光電管暗箱遮光蓋，先選擇直徑為取下光電管暗箱遮光蓋，先選擇直徑為4 4mm的光闌及波長為的光闌及波長為365.0 nm的濾光片，的濾光片，再再取下汞燈的遮光蓋，取下汞燈的遮光蓋，使汞燈的使汞燈的365.0365.0出射光對準光電管入射窗孔。出射光對準光電管入射窗孔。 （注意：嚴禁讓汞光不經(jīng)過濾光片直接入射光電管）（注意：嚴禁讓汞光不經(jīng)過濾光片直接入射光電管）2. 2. 用零電流法測定用零電流法測定h 將將“電壓電壓”選擇按鍵置于選擇按鍵置于2 2V+0+0V檔，檔，“

7、電流量程電流量程”選選擇在擇在1010-13-13A檔并檔并重新調零重新調零。將直徑為。將直徑為4 4mm的光闌及波長為的光闌及波長為365.0365.0nm的濾光片插在光電管入射窗孔前，調節(jié)電壓的濾光片插在光電管入射窗孔前，調節(jié)電壓UAK，使得光電流使得光電流I為零，此時測試儀中顯示的電壓值即可認為是該入射光頻率為零，此時測試儀中顯示的電壓值即可認為是該入射光頻率對應的截止電壓。重復測量對應的截止電壓。重復測量4 4次，填入表次，填入表1 1中。中。 依次更換其余四個濾光片（注意：一定要依次更換其余四個濾光片（注意：一定要先先蓋上汞燈的遮蓋上汞燈的遮光蓋光蓋再再更換濾光片），測出各自對應的截

8、止電壓。更換濾光片），測出各自對應的截止電壓。表表1 光闌孔f =4mm 波長l (nm) 365.0405.7435.8546.1577.08.2147.4076.8795.4905.196Hz)10 14（頻率)V(0U關系 0U3. 3. 測光電管的伏安特性曲線測光電管的伏安特性曲線( (IUAK曲線曲線) ) 將將“電壓電壓”選擇按鍵置于選擇按鍵置于2 2V+30+30V檔，將檔，將“電流量程電流量程”選選擇開關置于擇開關置于10101 10 0A并重新調零，將直徑為并重新調零，將直徑為4 4mm的光闌及波長的光闌及波長365.0365.0nm的濾光片插在光電管入射窗孔前。的濾光片插在

9、光電管入射窗孔前。(1) (1) 從截止電壓開始由低到高調節(jié)電壓，直至從截止電壓開始由低到高調節(jié)電壓，直至2727V（不高于（不高于3030V）。）。 從截止電壓到從截止電壓到0 0V 區(qū)間，電壓取值間隔為區(qū)間，電壓取值間隔為1 1V; ; 從從0 0V到到8 8V 區(qū)間，電壓取值間隔為區(qū)間，電壓取值間隔為2 2V; ; 從從8 8V V到到27 27 V 區(qū)間，電壓取值間隔為區(qū)間，電壓取值間隔為3 3V; ; 每取一電壓值，記錄一電流值到表每取一電壓值，記錄一電流值到表2 2中。中。 為了使每個電流值都有三位有效數(shù)字，測量過程中須變?yōu)榱耸姑總€電流值都有三位有效數(shù)字，測量過程中須變換換“電流量

10、程電流量程” ” 。 （注意：（注意：每次調換每次調換“電流量程電流量程”，都應重新調零，都應重新調零) ) (2) (2) 換上其他濾光片，重復步驟換上其他濾光片，重復步驟(1)(1)。365.0nm光闌4mm27404.7nm光闌4mm435.8nm光闌4m546.1 nm光闌4mm)V(AKU)A10(10I)(0U2 400mmAKIUL表關系577.0 nm光闌4mm)V(AKU)A10(10I 五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理用作圖法求用作圖法求U0直線的斜率直線的斜率k: : 再由再由h= ek求出普朗克常數(shù)求出普朗克常數(shù)h，并與公認值并與公認值h0比較，比較， 求出百分誤差求出百分誤差: :00hhhE191.602 10Ce3406.626 10J sh五五. . 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理根據(jù)表根據(jù)表2 2的數(shù)據(jù)，在的數(shù)據(jù)，在坐標紙坐標紙上作出對應五種通光上作出對應五種通光 量的量的I-UAK關系曲線。關系曲線。六六. .注意事項注意事項本實驗不必要求暗室環(huán)境，但應本實驗不必要求