光電效應(yīng)法測普朗克常量實(shí)驗(yàn)報告

1、實(shí)驗(yàn)題目 ：光電效應(yīng)法測普朗克常量實(shí)驗(yàn)?zāi)康?： 1.了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律；2.用光電效應(yīng)方法測量普朗克常量和測定光電管的光電特性曲線。實(shí)驗(yàn)原理 ：當(dāng)光照在物體上時，光的能量僅部分地以熱的形式被物體吸收，而另一部分則轉(zhuǎn)換為物體中某些電子的能量，使電子逸出物體表面，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，逸出的電子稱為光電子。 在光電效應(yīng)中，光顯示出它的粒子性質(zhì)，所以這種現(xiàn)象對認(rèn)識光的本性，具有極其重要的意義。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理如圖1光電流與入射光強(qiáng)度的關(guān)系光電流隨加速電位差u 的增加而增加，加速電位差增加到一定量值后，光電流達(dá)到飽和值和值i h，飽和電流與光強(qiáng)成正比，而與入射光的頻率無關(guān)。當(dāng)u= u a -uk

2、變成負(fù)值時，光電流迅速減小。實(shí)驗(yàn)指出，有一個遏止電位差u a 存在，當(dāng)電位差達(dá)到這個值時，光電流為零。2光電子的初動能與入射頻率之間的關(guān)系光電子從陰極逸出時，具有初動能，在減速電壓下，光電子逆著電場力方向由k 極向a 極運(yùn)動。當(dāng)u=u a 時，光電子不再能達(dá)到a 極，光電流為零。所以電子的初動能等于它克服電場力作用的功。即1 mv2eu a（ 1）2根據(jù)愛因斯坦關(guān)于光的本性的假設(shè)，光是一粒一粒運(yùn)動著的粒子流，這些光粒子稱為光子。每一光子的能量為hv ，其中 h 為普朗克常量， 為光波的頻率。所以不同頻率的光波對應(yīng)光子的能量不同。光電子吸收了光子的能量h之后，一部分消耗于克服電子的逸出功 a ，

3、另一部分轉(zhuǎn)換為電子動能。由能量守恒定律可知hv1 mv2a（ 2）2式（ 2）稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程。由此可見，光電子的初動能與入射光頻率呈線性關(guān)系，而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。3光電效應(yīng)有光電存在實(shí)驗(yàn)指出， 當(dāng)光的頻率 vv0 時，不論用多強(qiáng)的光照射到物質(zhì)都不會產(chǎn)生光電效應(yīng)，根據(jù)式（ 2），v0a ， 稱為紅限。0h愛因斯坦光電效應(yīng)方程同時提供了測普朗克常量的一種方法：由式（1）和（ 2）可得：hv eu 0 a，當(dāng)用不同 率（ ， ， ）的 色光分 做光源 ，就有123n任意 立其中兩個方程就可得到e(u iu j )h（ 3）vivj由此若 定了兩個不同 率的 色光所 的遏止 位差即可算出普

4、朗克常量h，也可由-u 直 的斜率求出h。因此，用光 效 方法 量普朗克常量的關(guān) 在于 得 色光、 得光 管的伏安特性曲 和確定遏止 位差 。 中， 色光可由水 燈光源 色 生。表可 光區(qū)汞燈 波 /nm 率 /1014hz 色579.05.179黃577.05.198黃546.15.492綠435.86.882藍(lán)404.77.410紫365.08.216近紫外 了 得準(zhǔn)確的遏止 位差 ，本 用的光 管 具 下列條件：（ 1） 所有可 光 都比 靈敏。（ 2） 陽極包 陰極， 當(dāng)陽極 位 ，大部分光 子仍能射到陽極。（ 3） 陽極沒有光 效 ，不會 生反向 流。（ 4） 暗 流很小。但是 使用

5、的真空型光 管并不完全 足以上條件。由于存在陽極光 效 所引起的反向 流和暗 流（即無光照射 的 流），所以 得的 流 ， 上包括上述兩種 流和由陰極光 效 所 生的正向 流三個部分，所以伏安曲 并不與u 相切。由于暗 流是由陰極的 子 射及光 管管殼漏 等原因 生，與陰極正向光 流相比，其 很小，且基本上隨 位差u 呈 性 化，因此可忽略其 遏止 位差的影響。陽極反向光 流 然在 中 著，但它服從一定 律。據(jù)此，確定遏止 位差 ，可采用以下兩種方法：（1）交點(diǎn)法光電管陽極用逸出功較大的材料制作，制作過程中盡量防止陰極材料蒸發(fā)，實(shí)驗(yàn)前對光電管陽極通電， 減少其上濺射的陰極材料，實(shí)驗(yàn)中避免入射光

6、直接照射到陽極上，這樣可使它的反向電流大大減少，其伏安特性曲線與圖，因此曲線與 u 軸交點(diǎn)的電位差值近似等于遏止電位差 u a，此即交點(diǎn)法。（2）拐點(diǎn)法光電管陽極反向光電流雖然較大，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，若使反向光電流能較快地飽和，則伏安特性曲線在反向電流進(jìn)入飽和段后有著明顯的拐點(diǎn)，如圖，此拐點(diǎn)的電位差即為遏止電位差。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律，并用光電效應(yīng)法測量普朗克常量。1. 在光電管入光口裝上 365nm濾光片， 電壓為 -3v ，調(diào)整光源和光電管之間的距離， 直到光電流為 -0.3 ，固定此距離，不需再變動。2. 分別測 365nm， 405nm,546nm,577nm 的 v

7、-i 特性曲線，從 -3v 到 25v，拐點(diǎn)處測量盡量小。3. 裝上 577nm濾色片 , 在光源窗口分別裝上透光率為25%,50%,75%的遮光片 , 加 20v 電壓 , 測量飽和光電流 i m和照射光強(qiáng)度的關(guān)系, 作出 i m光強(qiáng)曲線。4. 做 ua v 關(guān)系曲線，計算紅限頻率和普朗克常數(shù)h, 與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理 ：u/v-3.00-2.00-1.40-1.30-1.25-1.21-1.19-1.15-1.10-1.05-1.00i/-0.3-0.2-0.10.00.00.00.10.10.20.30.4u/v-0.95-0.90-0.80-0.50-0.200.201

8、.002.003.005.08.0i/0.50.60.81.62.95.07.69.210.111.311.9u/v10.012.515.017.020.022.025.0i/12.012.312.312.512.712.812.9表一： 365nm 光下電壓和光電流u/v-3.00-2.50-2.00-1.20-1.10-1.03-1.00-0.90-0.80-0.78-0.70i/-0.1-0.1-0.1-0.1-0.10.00.00.00.10.20.3u/v-0.64-0.52-0.33-0.100.000.300.500.981.391.712.00i/0.40.81.62.83.4

9、4.75.46.67.37.78.1u/v2.352.683.005.06.57.510.014.517.025.0i/8.48.68.79.49.69.79.910.010.110.3表二： 405nm 光下電壓和光電流u/v-3.00-2.00-1.50-1.00-0.90-0.80-0.77-0.75-0.73-0.70-0.68i/-0.1-0.1-0.1-0.10.00.00.00.00.10.10.1u/v-0.65-0.60-0.54-0.50-0.43-0.33-0.22-0.100.000.691.40i/0.20.30.40.50.81.21.82.53.05.97.3u/

10、v1.701.902.302.603.005.07.510.015.020.025.0i/7.78.08.48.68.99.69.910.010.210.310.5表三： 436nm 光下電壓和光電流u/v-3.00-1.80-1.40-1.30-1.10-0.90-0.60-0.56-0.50-0.48-0.42i/-0.1-0.1-0.10.00.00.00.00.00.00.10.2u/v-0.30-0.200.000.200.500.801.001.301.501.802.00i/0.81.42.43.44.55.35.86.46.77.17.4u/v2.402.603.005.07.

11、09.011.013.515.020.025.0i/7.98.18.29.49.89.910.110.210.310.410.5表四： 546nm 光下電壓和光電流u/v-3.00-2.00-1.50-1.00-0.80-0.60-0.56-0.50-0.46-0.41-0.38i/0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.10.2u/v-0.34-0.28-0.20-0.100.000.100.300.500.700.901.10i/0.30.50.81.21.62.02.62.93.33.63.8u/v1.401.702.002.303.005.07.012.519.020

12、.025.0i/4.14.34.64.85.05.45.55.75.85.85.8表五： 577nm 光下電壓和光電流透光率100%75%50%25%0%i/5.94.73.01.70.0表六：在不同透光率下的飽和光電流（577nm 光下）ua=-1.17vi/10-6a14smoothed y 2ua=-0.89vi/10-6a12smoothed y1ua=-0.72vi/10-6a1010smoothed y1ua=-0.22v圖四： 546nm 光下光電管的伏安108a 8特圖性一曲：線365nm 光下光電管的伏安6ua=-0.-15v特性曲線6i/10-6a018做 ua/ v 關(guān)系曲線，計算紅限頻率和普朗克常數(shù)h, 與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。i6smoothed y1 圖二： 405nm 光下光電管的伏安a 6因此普朗克常4量的最終表達(dá)式為：6-特性曲線0由于本實(shí)驗(yàn)的儀器不精確及人的讀數(shù)誤差，及實(shí)驗(yàn)本身原理導(dǎo)致的誤差及當(dāng)時實(shí)驗(yàn)