2022年光電效應實驗教案

1、學習好資料 歡迎下載光電效應試驗試驗目的：1明白光電效應的基本規(guī)律；2測量光電管的伏安特性曲線；2驗證愛因斯坦方程,并測定普朗克常數(shù)；試驗原理：1光電效應的試驗規(guī)律金屬在光的照耀下釋放出電子的現(xiàn)象叫做光電效應；依據(jù)愛因斯坦的“ 光量子概念”,每一個電子具有能量 E h,當光照耀到金屬上時,其能量被電子吸取,一部分消耗于電子的逸出功 W,另一部分轉換為電子逸出金屬表面后的動能；由能量守恒定律可得：1mv2hW（ 1）（稱為愛因斯坦光電方程）2光電方程圓滿說明了光電效應基本試驗事實：（ 1）僅當光頻高于某一閾值時,才能從金屬表面打出光電子；（ 2）單個光電子的動能隨光頻提高而增大,與入射光強無關；

2、（ 3）單位時間內產(chǎn)生光電子的數(shù)目僅與入射光強有關,與光頻無關；（ 4）光電效應是瞬時完成的,電子吸取光能幾乎不需要積存時間；在抱負光電管中,令光電子在反向電場中前進,當剩余的動能剛好被耗盡時,電子所經(jīng)受的電勢差 Uv 叫做 遏止電勢差,明顯 eU v = 1 mv 2,代入（1）式可得2h WU（ 2）e e（ 2）式說明,遏止電勢差 U v 是入射光頻 的一次函數(shù),h/e 就是一次曲線的 斜率 ；愛因斯坦方程預見了試驗測算普朗克常數(shù)的可行方案；除了求出 h 的量值以外,仍可通過（2）式明白光電管的特性；令 =0 ,可得抱負陰極的逸出電勢等于曲線的 縱軸截距, U 0=-W/e；令 Uv=0

3、 ,可得抱負陰極的截止頻率等于曲線的 橫軸截距,0=W/h；實際光電管的情形比較復雜,只能把兩個截距 U 0、0看作整體光電管的宏觀參量；2驗證愛因斯坦方程,求普朗克常數(shù)圖 1 試驗原理圖圖 1 是討論光電效應的簡化電路；一束單色光照耀真空光電管的陰極K ,設光頻0,有光電子產(chǎn)生且有剩余動能；只要外電路閉合,即使電源分壓U=0 ,光電子也能到達陽極A形成光電流I A, I A 的量值由學習好資料歡迎下載 A 表讀出；儀器簡介：本試驗使用PC型普朗克常數(shù)測定儀,它包括以下4 部分：（ 1）光源：GGQ 50W 高壓汞燈,在320.3872.0nm范疇內有如干種單色光供選用；（ 2） ZD- 型介

4、質膜干涉濾色片,分別可從汞燈中濾選 546.1 nm 、 577.0 nm 的單色光；365.0nm 、 404.7 nm 、 435.8 nm 、（ 3）GD-27 型光電管： 陽極為鎳圈, 陰極為銀氧鉀材料,光譜響應范疇 320.0700.0 nm,峰值波長 350 20 nm,通光窗口為無鉛多硼硅玻璃；光電管安裝在鋁質暗盒中,只要轉變汞燈到暗盒的距離便可轉變入射光的光強；不做試驗時用遮光罩蓋住暗盒光窗；（ 4） PC型微電流測試儀,即圖 1 中的 A 表,表頭在面板左邊,量程倍率為 100 （ 10-810-12 ） A ,分 5 檔轉換,并有轉變表頭極性的換向按鈕,測到 I A 過零位

5、置應準時換向；讀數(shù)時不要漏記了量程； A 表用同軸電纜連接光電管,由于靈敏度極高,試驗中不要觸碰同軸電纜,以免接觸不良或人體感應導致表針亂擺,特別在 10-7 檔隨機誤差更大；試驗內容：1測量I-U安伏安特性曲線：由短波到長波逐次換上五種不同的濾色片,分別記錄I-U值；2轉變入射光強的強度,測量 操作步驟：I-U 特性曲線,測量飽和光電流與光的強度的關系；1.冷態(tài)預備；檢查導線連接是否正確,檔位預置是否合理（“ 測量范疇” 旋鈕置于“ 短路”,“ 電流表極性” 置“0” ）,電壓調劑旋鈕逆時針旋究竟,用遮光罩蓋住暗盒光窗,令光源離開暗盒 30 40cm ；2.熱態(tài)預備；開啟微電流測試儀電源開關

6、,預熱 20 分鐘左右,調整 A 表的零點和滿度：將“ 測量范疇”旋置“ 短路” 檔,電流表極性置于“+” 檔,調劑“ 調零旋鈕” 使電流表為零；將“ 測量范疇”旋置“ 滿度” 檔,電流表極性置于“+” 檔,調劑“ 滿度旋鈕” 使電流表為100 ；重復上述過程幾次,使之都達到要求；3.觀看暗電流；將“ 測量范疇”旋置“10-12 ” 檔,調劑工作電壓觀看暗電流的變化情形；測出 -1.800V+1.800V 間如干電壓下相應的電流值；4.瀏覽光電流；將“ 測量范疇” 旋置“10-11 ” 檔,除去暗盒遮光罩,換上 365.0nm 濾色片,用汞燈照耀；工作電壓從-1.800V 起調直到 0V ,瀏

7、覽光電流變化情形；留意隨時轉變 A 量程,使之既有示值,又不超偏；當電流趨零時應準時觸按換向按鈕,以免表針倒偏；電流假如太大或太小,就需調劑汞燈距離,轉變入射光強；5.正式測量；將光源移至最遠,將“ 測量范疇” 旋置“10-11 ” 檔,調劑工作電壓使 A 表達到 100 ,連續(xù)調劑工作電壓使電流減小,記錄相應的電流、電壓數(shù)據(jù)；留意電流的符號開頭為正,逐步趨零時要將電流極性按扭置于“-” 端,此后電流為負,應準時記載符號；6.更換單色光；測畢一種單色光后,要依據(jù)波長遞增的次序更換濾色片,重復步驟 大電流都取 10-11 安培；5,最7.善后工作；測量完畢,請老師檢查數(shù)據(jù)；將儀器調劑鈕復位,斷電

8、；用遮光罩蓋住暗盒 光窗；經(jīng)容許后離開試驗室；數(shù)據(jù)處理：1依據(jù)測量數(shù)據(jù)作出5 種不同頻率的照耀光所對應的U-I 伏安特性曲線,由此確定5 種不同頻率的照耀光所對應的截止電壓值Us ；學習好資料歡迎下載ek, 與 公 認 值 0；與2 作 出Us的 實 驗 直 線 圖 , 求 此 直 線 的 斜 率k , 普 朗 克 常 數(shù) h（h6.626 1034J s）比較運算百分比誤差；該直線與橫軸的交點即為“ 紅限” 頻率縱軸相交點即為光電管的宏觀逸出電勢U 0參考表格：（ nm）UV -1.950 -1.900 435.8 546.1 577.0 365.0I10-11A 365.0 404.7 4

9、04.7I10-11A 435.8I10-11A 546.1I10-11A 577.0I10-11A （nm）U14 10Hz8.22 7.41 6.88 5.49 5.20 S（V ）留意事項：1 更換濾色片時留意防止污染,以免除不必要的折射光帶來試驗K V 入射 A 誤差；（2 ）更換濾色片時先將光源出光孔遮住,而且做完試驗后也要用遮A 光罩蓋住光電管入光孔,防止強光直接照耀陰極而縮短光電管壽命；3 光電管入光孔勿對著其他強光源,以削減雜散光干擾；4 汞燈光源外殼加熱后溫度較高,試驗過程中不要接觸到光源外 殼；（5）電壓從大量程換為小量程要先調劑旋鈕使指針偏轉到最小,以 免損壞外表；【摸索

10、題】1 試驗測得的光電流特性曲線與抱負的光電流特性曲線有何不圖 1 同？為什么不同？2 為什么會顯現(xiàn)反向光電流？如何減小反向光電流？3 你所測得的 h 值是偏大仍是偏??？試從試驗現(xiàn)象中分析說明產(chǎn)生誤差的緣由；4 做試驗時,如轉變光電管上的照度,對 U-I 曲線有何影響？5 光電管的陰極上涂有脫出功小的材料,而陽極上挑選脫出功大的金屬材料制造,為什么？學習好資料 歡迎下載試驗內容：1儀器預備與調整連接好線路, 先將測量范疇挑選旋鈕置于“ 短路” 檔,并將加速電壓調劑旋鈕逆時針旋究竟,再開啟電源點亮汞燈,預熱 20-30 分鐘 ；調零： 將測量范疇挑選旋鈕置于“ 短路” 檔,將電流極性置于 “ +

11、” ,調劑調零旋鈕使電流示值為 0；調滿度： 將測量范疇挑選旋鈕置于“ 滿度”檔,將電流極性置于“+” ,調劑滿度旋鈕使電流示值為 100；調零與調滿度一般要反復調幾次才能調好；2測量暗電流特性曲線用遮光罩罩住進光孔,將測量范疇挑選旋鈕置于“10-12” 檔,調劑加速電壓,從-1.900V 到0V 之間每隔 0.2V 記一次相對應的電壓、 電流值；然后作暗電流特性曲線（假如暗電流讀不出來,即暗電流很微小,就橫坐標即為暗電流特性曲線）；3測量光電流特性曲線將測量范疇挑選旋鈕置于“10-11” 檔,取下遮光罩,換上波長為 577nm 的濾光片； 測量方法采納先定性粗測,再定量精測的方法,即先觀察一遍不同電壓下的光電流變化情形,以便支配合理的測量點；依次換上波長為 546.1、435.7、404.8、 365nm 的濾