物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-普朗克常數(shù)測定

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)鍵入公司名稱物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告光電效應(yīng)及普朗克常數(shù)的測定 * *2012/3/29在此處鍵入文檔的摘要。摘要通常是對文檔內(nèi)容的簡短總結(jié)。在此處鍵入文檔的摘要。摘要通常是對文檔內(nèi)容的簡短總結(jié)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1了解光電效應(yīng)的規(guī)律，加深對光的量子性的理解。 2測量普朗克常數(shù) h。【實(shí)驗(yàn)原理】 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理如圖 1 所示。當(dāng)入射光照射到光電管陰極K上時(shí)，產(chǎn)生的光電子在電場的作用下向陽極A遷移構(gòu)成光電流，改變外加電壓UAK，測量光電流I的大小，即可得出光電管的伏安特性曲線。1光電

2、效應(yīng)的基本特點(diǎn)： （1）對應(yīng)于某一頻率光的光電效應(yīng)，IUAK關(guān)系如圖 2 所 圖 l 實(shí)驗(yàn)原理圖示?？梢?，對一定的頻率，存在一電壓U0，當(dāng)UAKU0時(shí)，電流為零，U0被稱為截止電壓，它與陰極材料的構(gòu)成有關(guān)。（2）當(dāng)UAKU0后，I迅速增加，然后趨于飽和，飽和光電流IM的大小與入射光的強(qiáng)度P成正比。（3）對于不同頻率的光，其截止電壓的值不同，如圖 3 所示。（4）作截止電壓U0與頻率的關(guān)系圖如圖 4 所示。 0與成正比關(guān)系。U但當(dāng)入射光頻率低于某極限值0 (0不同金屬有不同的值)時(shí)，不論光的強(qiáng)度如何，照射時(shí)間多長，都沒有光電流產(chǎn)生。（5）光電效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)。即使入射光的強(qiáng)度非常微弱，只要頻率大于

3、0，一旦光照射靶上立即就有光電子產(chǎn)生。從光照射到光電子產(chǎn)生的間隔至多為 10-9秒的數(shù)量級(jí)。2光電效應(yīng)的基本解釋 按照愛因斯坦的光量子理論，光能并不像電磁波理論所想象的那樣，分布在波陣面上，而是集中在被稱之為光子的微粒上，但這種微粒仍然保持著頻率(或波長)的概念，頻率為 的光子具有能量 E=h，h 為普朗克常數(shù)。當(dāng)光子照射到金屬表面上時(shí)，一次為金屬中的某個(gè)電子全部吸收，而無需積累能量的時(shí)間。電子把吸收光子的能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引力，余下的就變?yōu)樵撾娮与x開金屬表面后的動(dòng)能，按照能量守恒原理，愛因斯坦提出了著名的光電效應(yīng)方程：式中，A 為金屬的逸出功，為光電子獲得的初始動(dòng)能。由該式

4、可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能越大，所以即使陽極電位比陰極電位低時(shí)，也會(huì)有電子穿過兩極間的勢壘到達(dá)陽極形成光電流，直至陽極電位等于截止電壓，這時(shí)光電流才為零，此時(shí)有關(guān)系：當(dāng)陽極電位高于截止電壓后，隨著陽極電位的升高，陽極對陰極發(fā)射的電子的收集作用越強(qiáng)，光電流隨之上升。當(dāng)陽極電壓高到一定程度，已把陰極發(fā)射的光電子幾乎全收集到陽極，再增加UAK時(shí)I不再變化，這時(shí)光電流出現(xiàn)飽和。飽和光電流IM的大小與入射光的強(qiáng)度P成正比。光子的能量h0A時(shí)，電子不能脫離金屬，因而沒有光電流產(chǎn)生。產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低頻率(截止頻率)是0=A/h。 將兩式相代可得：此式表明截止電壓 Uo 是頻率 的線性

5、函數(shù)，直線斜率 k=he，只要用實(shí)驗(yàn)方法得出不同的頻率對應(yīng)的截止電壓，求出直線斜率，就可算出普朗克常數(shù) h。愛因斯坦的光量子理論成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律。【實(shí)驗(yàn)儀器】ZKY-GD-4 智能光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟】測試前準(zhǔn)備：將實(shí)驗(yàn)儀及汞燈電源接通(汞燈及光電管暗箱遮光蓋蓋上)，預(yù)熱 20 分鐘。調(diào)整光電管與汞燈距離為約 40cm 并保持不變。按“調(diào)零確認(rèn)/系統(tǒng)清零”鍵，系統(tǒng)進(jìn)入測試狀態(tài)。 1測普朗克常數(shù) h（手動(dòng)測量）測量截止電壓時(shí)，“伏安特性測試截止電壓測試”狀態(tài)鍵應(yīng)為截止電壓測試狀態(tài)，“電流量程”開關(guān)應(yīng)處于 10-14 A。使“手動(dòng)自動(dòng)”模式鍵處于手動(dòng)模式。將直徑 4mm 的光闌及

6、 365.0nm 的濾色片裝在光電管暗箱光輸入口上，打開汞燈遮光蓋。此時(shí)電壓表顯示UAx的值，單位為伏；電流表顯示與UAx對應(yīng)的電流值I，從低到高調(diào)節(jié)電壓(絕對值減小)，觀察電流值的變化，尋找電流剛好為零時(shí)對應(yīng)的UAK，以其絕對值作為該波長對應(yīng)的U0的值。2測光電管的伏安特性曲線測量時(shí)，“伏安特性測試截止電壓測試”狀態(tài)鍵應(yīng)為伏安特性測試狀態(tài)?！半娏髁砍獭遍_關(guān)應(yīng)撥至 10-11A檔，并重新調(diào)零。將直徑 4mm 的光闌及所選譜線的濾色片裝在光電管暗箱光輸入口上。分別測量五種濾光片從0-50V，每間隔2V，所得到的電流值。3測電流與光闌的關(guān)系選定一個(gè)波長的濾光片，裝好。在L=400mm,的條件下測出

7、不同光闌直徑()的電流并作圖4測電流與距離L的關(guān)系選擇一個(gè)波長的濾光片裝好；在=4mm，U=20V的條件下測量不同距離（L=300mm,L=350mm,L=400mm）的電流并作圖【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】測普朗克常數(shù) h（手動(dòng)測量）波長（nm）365.0405436546577頻率（*10-14Hz）8.2147.4086.8795.4905.196U0-1.569-1.199-1.018-0.610-0.499(*10-14)35.420(*10-14)33.187(V)-4.905(*10-28)226.807由最小二乘法求最佳線性公式有公式：y=A+BxB= A=測光電管的伏安特性曲線啊U(V)02

8、46810121416I(*10-11)=365nm08.716.721.926.531.035.739.642.6I(*10-11)=405nm00.92.94.85.76.57.28.08.7I(*10-11)=436nm01.24.87.48.59.610.912.013.0I(*10-11)=546nm00.31.43.64.85.66.26.77.0I(*10-11)=577nm00.10.82.13.03.63.94.24.5U(V)182022242628303234I(*10-11)=365nm45.047.750.653.055.458.461.063.064.0I(*10-

9、11)=405nm9.39.910.511.211.712.112.512.913.3I(*10-11)=436nm13.814.815.716.417.217.918.418.919.4I(*10-11)=546nm7.27.47.67.88.28.69.09.39.6I(*10-11)=577nm4.64.75.85.05.15.25.45.65.8U(V)3638404244464850-I(*10-11)=365nm67.168.570.071.474.475.476.677.8-I(*10-11)=405nm13.714.014.214.514.614.815.015.1-I(*10

10、-11)=436nm20.020.420.820.921.121.421.722.2-I(*10-11)=546nm9.69.910.310.510.710.810.911.0-I(*10-11)=577nm5.86.06.16.46.56.66.66.7-測電流與光闌的關(guān)系=436nm L=400mm U=20V(mm)248I(*10-10A)3.914.655.5測電流與距離L的關(guān)系=436nm =4mm U=20VL(mm)400350300I(*10-10A)13.919.528.2【思考題】光電流是如何產(chǎn)生的？測量它有何意義？電子吸收光子的能量，使自身的動(dòng)能增加飛出去。當(dāng)能夠能夠到達(dá)對面極板時(shí)，便產(chǎn)生了電子的定向移動(dòng)，即有電流。測量它是證明了愛因斯坦的量子理論，光子的能量是“一份一份”的被電子吸收。反向電流如何形成？它對截止電壓的測量有何影響？如何判斷它的大??？由于陰極受熱發(fā)射電子，電子具有初動(dòng)能。當(dāng)加上正向電壓時(shí)，