光電效應(yīng)(北京科技大學(xué)物理實驗報告)

1、北京科技大學(xué)實驗報告光電效應(yīng)實驗?zāi)康模毫私夤怆娦?yīng)的規(guī)律，加深對光的量子性的理解測量普朗克常量ho實驗儀器：ZKY-GD-4光電效應(yīng)實驗儀1微電流放大器2光電管工作電源3光電管4濾色片5汞燈實驗原理：原理圖如右圖所示：入射光照射到光電管陰極K上，產(chǎn)生的光電子在電場的作用下向陽極A遷移形成光電流。改變外加電壓VAK，測量出光電流I的大小，即可得出光電管得伏安特性曲線。對于某一頻率，光電效應(yīng)i-vak關(guān)系如圖所示。從圖中可見，對于一定頻率，有一電壓V。，當(dāng)VAKV0時，電流為0,這個電壓V0叫做截止電壓。當(dāng)VAK三V0后，電流I迅速增大，然后趨于飽和，飽和光電流IM的大小與入射光的強度成正比。對于

2、不同頻率的光來說，其截止頻率的數(shù)值不同，如右圖：對于截止頻率V0與頻率v的關(guān)系圖如下所示。V0與v成正比關(guān)系。當(dāng)入射光的頻率低于某極限值v0時，不論發(fā)光強度如何大、照射時間如何長，都沒有光電流產(chǎn)生。5）光電流效應(yīng)是瞬時效應(yīng)。即使光電流的發(fā)光強度非常微弱，只要頻率大于v0,在開始照射后立即就要光電子產(chǎn)生，所經(jīng)過的時間之多為10-9S的數(shù)量級。實驗內(nèi)容及測量：1將4mm的光闌及365nm的濾光片祖昂在光電管暗箱光輸入口上，打開汞燈遮光蓋。從低到高調(diào)節(jié)電壓（絕對值減?。?，觀察電流值的變化，尋找電流為零時對應(yīng)的值，以其絕對值作為該波長對應(yīng)的值，測量數(shù)據(jù)如下：波長/nm365404.7435.8546.

3、1577頻率/x1014Hz8.2147.4086.8975.495.196截止電壓/V1.6791.3351.1070.5570.434頻率和截止電壓的變化關(guān)系如圖所示：V與v的關(guān)系Vo21.510.5040y=0.4098X-1.698856789v/X10八14Hz由圖可知：直線的方程是:y=0.4098x-1.6988所以：h/e=0.4098x1014,h=1.6x1019X0.4098x1014=6.5568x1034Js當(dāng)y=o,即V0=0V時，v=1.69880.4098=4.1454X1014Hz，即該金屬的截止頻率為4.1454X1014Hz。也就是說，如果入射光如果頻率低

4、于上值時，不管光強多大也不能產(chǎn)生光電流；頻率高于上值，就可以產(chǎn)生光電流。根據(jù)線性回歸理論:U20V2可得：k=0.40975,與EXCEL給出的直線斜率相同。我們知道普朗克常量心=6.626x1034/s，所以，相對誤差:hhE=_0=0.01044h02測量光電管的伏安特性曲線1）用435.8nm的濾色片和4mm的光闌實驗數(shù)據(jù)如下表所示：435.8nm4mm光闌I-VAK的關(guān)系VAKIVAKIVAKIVAKIVAKIVAKI0.0401.90.8584.22.3009.36.60019.512.00027.322.00035.80.0892.10.9354.42.500106.80019.9

5、12.50027.722.70036.20.1512.31.0964.92.70010.67.20020.513.00028.324.100370.2112.41.2085.32.90011.17.80021.514.20029.425.70037.90.3402.71.3255.63.200128.7002315.00030.126.80038.30.3952.91.4686.13.80013.99.10023.616.10031.127.50038.70.4703.11.6376.74.20014.89.80024.616.60031.629.50039.50.5613.31.7797.2

6、4.90016.410.20025.117.50032.330.90040.10.6563.61.9307.85.40017.410.70025.818.600330.7253.82.0008.36.10018.711.10026.319.60033.72）用546.1nm的濾光片和4mm的光闌數(shù)據(jù)如下表所示：546.1nm4mm光闌I-VAK的關(guān)系VakIVakIVakIVakI0.31.35.99.113.213.023.815.91.02.66.89.814.113.325.316.11.43.47.610.415.113.726.416.51.84.18.210.816.114.027

7、.216.62.24.98.811.117.114.228.016.72.85.79.811.617.814.428.916.73.26.310.011.918.914.729.716.83.97.111.412.319.714.930.716.94.37.612.112.620.115.031.217.04.98.212.712.920.915.2作兩種情況下，光電管得伏安特性曲線：由上圖可知：1）光電流隨管壓降的增大而逐漸增大。在增大的過程中，增長速度由快變慢最終達(dá)到飽和。這一點在546.1nm的伏安特性中可以清楚地看出。2）當(dāng)管壓降相同時，比較兩個不同波長的光電流可以發(fā)現(xiàn)：波長長的，即頻

8、率小的（546.1nm）光電流??；波長短的，即頻率大的（435.8nm）光電流大。這也間接證明了愛因斯坦的光電流方程：hv=丄皿+乩對于同一種金屬，溢出功A相等，20頻率高的就能得到更大的動能來克服金屬的束縛，從而形成更大的光電流。3.保持管壓降V=30.0V不變，調(diào)整光闌的直徑，分別為：2mm,4mm,8mm。測量A對應(yīng)的電流如下：光闌孔直徑mm248435.8nmI/x10!048.836.8108.9546.1nmI/x101043.915.946.5作出兩種不同波長的光電流隨光強的變化圖，如下：光電流隨光闌直徑的變化435.8nm546.1nm204060光闌面積/mmA2我們可以看出

9、：1）同一種波長下，光電流隨光闌直徑的增大而增大。由于數(shù)據(jù)點有限，不能表明光闌面積（即光強的大?。┩怆娏鞯木唧w關(guān)系，是否是線性的，也就無從得知。所畫出的圖形如下：光電流隨光強的變化2）不同波長下，若光闌直徑相等，即光強相同，光的頻率越大，光電流越大；并且，頻率大的光變化也快。在光強較弱時，不同的光產(chǎn)生的光電流大小相差無幾，但當(dāng)光強變大后，兩者差距逐漸變大。4在V=30.0V的情況下，保證光闌直徑為8mm,測量兩種光強下，光電流與入射距A,離的變化關(guān)系如下表和下圖所示：入射距離L4038363433I/X1010A117.1133.3146.8174.3184入射距離L4039383736353433I/X1010A42.34445.549.757.259.466.674.1光電流隨入射距離的關(guān)系OOOOOOOOOOO0864208642211111435.8nm546.1nm3436384042入射距離/mm入射距離增大，光強勢必會減小，由圖可知，光電流變小，這樣的結(jié)論和以上改變光闌直徑所得結(jié)論相一致。對于不同的光波，頻率大的光在相同的光強條件下，獲得的光電流較大。實驗總結(jié)：1）實驗中改變?nèi)肷渚嚯x處誤差最大，所以只能做定性分析，不能用于定量計算。2）通過實驗得