光电效应测普朗克常量
用光电效应测量普朗克常量
用光电效应测量普朗克常量【实验目的】1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律；2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法；3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。
【实验仪器】光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪【实验原理】1、存在截止频率v0 ：每一种金属都有一极限频率,当入射光的频率低于截止频率时，无论光的强度如何都没有光电子产生；（v0 红限频率）2、光电效应中产生光电子速度（初动能）与光强无关，而与入射光的频率成正比；3、瞬时效应：只要v>v0立即引起光电子发射(时间间隔小的可以忽略不计)4）当AKU大于或等于U0 后，I迅速增加然后趋于饱和。
饱和光电流强度Im 与入射光强P成正比。
然而对于这些实验事实，经典的波动理论无法给出圆满的解释爱因斯坦受普朗克量子假设的启发，提出了光量子假设，当光子照射金属时，金属中的电子全部吸收光子的能量hv，电子把光子能量的一部分变成它逸出金属表面所需的功W，另一部分转化为光电子的动能，即爱因斯坦光量子理论圆满地解释了光电效应的各条实验规律光强2 >光强1aU AKUI光强光强1S2IS1I光子能量: v：光子频率 h：普朗克常数光强： N:单位时间通过单位面积的光子个数当221mmveU时，光电子动能将变为零，eU代表光电子的最大初动能存在截止电压U0光电子的最大初动能等于它反抗电场力所做的功普朗克常数的测量：得截止电压U0与入射光频率v成直线关系：实验中可用不同频率的入射光照射，分别找到相应的遏止电压U0 ，就可作出U0～ v的实验直线，此直线的斜率就是k=h/e则普朗克常数：五、实验内容与步骤1、调整仪器(1)连接仪器；接好电源，打开电源开关，充分预热（不少于20分钟）。
(2)在测量电路连接完毕后，没有给测量信号时，旋转“调零”旋钮调零。
每换一次量程，必须重新调零。
(3)取下暗盒光窗口遮光罩，换上365.0nm滤光片，取下汞灯出光窗口的遮光罩，装好遮光筒，调节好暗盒与汞灯距离。
光电效应测普朗克常量
光电效应测普朗克常量【实验目的】1、研究光电管的伏安特性及光电特性；2、比较不同频率光强的伏安特性曲线与遏止电压；3、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解；4、验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常量h 。
【实验仪器】FB807型光电效应(普朗克常数)测定仪(实验仪器的组成见图1)。
1、实验仪器构成：FB807型光电效应(普朗克常数)测定仪由光电检测装置和测定仪主机两部分组成。
光电检测装置包括：光电管暗箱、汞灯灯箱、汞灯电源箱和导轨等。
2、实验主机为FB807型光电效应(普朗克常数)测定仪，该测定试仪是主要包含微电流放大器和直流电压发生器两大部份组成的整体仪器。
3、光电管暗箱：安装有滤色片，光阑（可调节）、档光罩、光电管。
4、汞灯灯箱：安装有汞灯管、档光罩。
5、汞灯电源箱：箱内安装镇流器，提供点亮汞灯的电源。
图中1—电流量程调节旋钮及其量程指示； 2—光电管输出微电流指示表；； 3—光电管工作电压指示表； 4—微电流指示表调零旋钮； 5—光电管工作电压调节（粗调）； 6—光电管工作电压调节（细调）； 7—光电管工作电压转换按钮：按钮释放测量截止电位，按钮按下测量伏安特性； 8—光电管暗箱； 9—滤色片，光阑（可调节）总成； 10—档光罩； 11—汞灯电源箱； 12—汞灯灯箱。
【实验原理】图2是用光电管进行光电实验，测量普朗克常数的实验原理图。
图1图2 实验原理图爱因斯坦认为从一点发出的光不是按麦克斯韦电磁学说指出的那样以连续分布的形式把能量传播到空间，而是频率为ν的光以h ν为能量单位(光量子)的形式一份一份地向外辐射。
至于光电效应，是具有能量h ν的一个光子作用于金属中的一个自由电子，并把它的全部能量都交给这个电子而造成的。
金属中的电子吸收一个频率为ν的光子时，便会获得这个光子的全部能量，如果这些能量大于电子摆脱金属表面的逸出功W (或功函数)，电子就会从金属中逸出。
按照能量守恒原理有W m h m +=221υν （1） 此式称为爱因斯坦方程。
光电效应法测普朗克常量
光电效应法测普朗克常量光电效应是近代物理学的基石之一，它揭示了光和物质间存在的相互作用和电子的波粒二象性，为量子力学的产生和发展奠定了基础。
普朗克常量是量子力学中的基本常量之一，它是从黑体辐射中得到的，而光电效应法即是一种测量普朗克常量的方法之一。
光电效应是指当金属表面被光照射后，金属表面的电子被激发并跃出金属表面的现象。
这种现象可以通过金属表面放置一个电子接收器来检测。
当接收器被放置在金属表面时，如果没有光照射，接收器不会有任何电流通过。
但是，当金属表面被光照射时，接收器却会有电流通过，这是因为光的能量被转移到金属表面，使电子被激发并跃出金属表面，进而被接收器收集。
根据量子理论，光的能量是由光子所携带的，而光子的能量与其频率成正比。
普朗克在1900年提出了黑体辐射理论，这个理论解释了固体、液体和气体释放热能的特性。
根据这个理论，辐射的能量是以量子形式发出的，能量的大小取决于频率。
随着研究的深入，普朗克常量被确定为6.62607004×10^-34 J·s。
使用光电效应法来测量普朗克常量需要使用一些实验装置，其中最重要的装置是光电管。
光电管是一种真空管，其中包含一个阴极和一个阳极，并且它们之间被隔离，从而制造了真空。
当光照射到阴极上时，金属表面的电子被激发并跃出阴极，形成了自由电子。
这些自由电子受到阳极静电场的吸引，就会流向阳极形成电流，从而可以测量光电效应带来的电子电荷。
在实验中，必须非常小心地控制光照射的强度和频率，以确保结果的精度。
首先，必须调整光源，以确保光线是完全单色的。
随后，必须调整光的强度和频率，以便使光子的能量在金属表面造成光电效应。
这可以通过改变电源的电压来实现。
最后，必须稳定和准确地测量光电效应所产生的电流和光源的频率和强度，以计算普朗克常量的值。
一个典型的光电效应实验如下。
首先，在真空管内设置一个金属阴极和一个阳极，并连接一个微安表。
针对一个固定的光发射器，调整电压，将微安计简并电压调整到负电压形态（即微安计中不会有电流流过）。
5 实验五 光电效应法测量普朗克常数
普朗克常数 h 是 1900 年普朗克为了解决黑体辐射能量分布时提出的“能量 子”假设中的一个普适常数，是基本作用量子，也是粗略地判断一个物理体系是 否需要用量子力学来描述的依据。 1905 年爱因斯坦发展了辐射能量 E 以 h ( 是光的频率 )为不连续的最小单位的量子化思想， 成功地解释了光电效应实验 中遇到的问题。1916 年密立根用光电效应法测量了普朗克常数 h，同时证实 了光量子能量方程式的成立。光电效应实验有助于我们了解量子物理学的发展 及对光的本性认识。今天，光电效应已经广泛地应用于现代科学技术的各个 领域，利用光电效应制成的光电器件已成为光电自动控制、微弱光信号检测 等技术中不可缺少的器件。 一、实验目的 1．了解光电效应的基本规律，验证爱因斯坦光电效应方程。 2．掌握光电效应法测定普朗克常数 h。 3．用三种数据处理方法分析实验结果。 二、实验仪器 BEX-8504 型光电效应实验仪。 DH-GD-3 型普朗克测定仪。 具体包括：可调直流（恒压）电源，微电流测量仪，高压汞灯，滤光片 （中心波长：365 nm、405 nm、436 nm、546 nm、577 nm） 、光阑（2 mm，4 mm， 8 mm） 、光电管、导轨、遮光罩。 三、实验原理 光电效应实验原理如图 1 所示， 其中 S 为真空光电管， K 为阴极， A 为阳极， 当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路的，所以检流计 G 中无电流流过； 当用一波长比较短的单色光照射到阴极 K 上时，阴极上的电子吸收了光子的能 量后逸出金属阴极表面并被阳极所俘获，形成光电流。 1. 光电流与外加电压大小的关系 光电流随加速电位差 U 变化的伏安特性曲线如图 2 所示。光电流随加速电 位差 U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值 IH， 饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当阳极和阴极之间加上反向电 压时，光电流迅速减小。实验中发现，存在一个遏止电位差 Ua，当电位差达到 这个值时，光电流为零。 1
光电效应测量普朗克常量
光电效应测量普朗克常量一、前言光电效应是物理学中的一个基础概念，它是指当光子与物质相互作用时，能量被传递给物质，导致电子从物质中被释放出来。
这个现象在我们日常生活中有很多应用，比如太阳能电池板、数字摄像机和光电二极管等。
而在科学研究中，测量普朗克常量也是非常重要的一个任务。
二、什么是普朗克常量普朗克常量（Planck constant）是一个基本的自然常数，通常用符号h表示。
它描述了微观世界的行为方式，在量子力学中起着重要作用。
普朗克常量的数值为6.62607015×10^-34 J·s。
三、什么是光电效应在经典物理学中，我们认为当电磁波照射到金属表面时，金属会吸收能量并将其转化为热能。
但实际上，在某些条件下，金属表面会释放出电子。
这个现象就是光电效应。
四、测量普朗克常量的方法测量普朗克常量有很多方法，其中一种比较常见的方法是通过光电效应来测量。
这个方法基于爱因斯坦的光电效应理论，即当光子与金属相互作用时，会将能量传递给金属表面上的电子，使其跃迁到导体内部。
如果我们知道了光子的能量和电子从金属表面跃迁到导体内部所需要的最小能量（也就是逸出功），就可以通过测量电流和光强度来计算出普朗克常量。
五、实验步骤1. 实验器材：半导体激光器、反射镜、滤波器、准直器、样品台、数字万用表等。
2. 调整激光器输出波长和功率，使其符合实验要求。
3. 将激光束准直后，通过反射镜将其照射到样品台上的金属表面。
4. 在样品台上放置不同材质的金属片，并调整滤波器，使得只有特定波长的光线可以照射到金属片上。
5. 测量不同波长下的电流和光强度，并计算出逸出功。
6. 根据逸出功和不同波长下的能量差，计算出普朗克常量。
六、实验注意事项1. 实验过程中要保证实验器材的稳定性和精度。
2. 选择适当的金属片和滤波器，确保实验数据的准确性。
3. 在实验过程中要注意安全，避免激光对眼睛造成伤害。
七、结论通过测量光电效应可以得到逸出功和能量差，进而计算出普朗克常量。
光电效应测普朗克常量实验报告
光电效应测普朗克常量实验报告1.引言光电效应是指金属表面被光照射时，光子与金属中自由电子相互作用，将光子的能量转化为电子的动能，从而产生电流的现象。
普朗克常量是描述光电效应的重要物理常量，它与光子的能量之间存在着一种基本关系。
本实验旨在通过测量不同波长的光照射下，光电流随光强度变化的实验数据，并利用实验数据计算普朗克常量。
2.实验仪器和原理本实验使用的主要仪器有：石英光电管、可调光源、微安表、测微器等。
光电管是一种将光信号转化为电信号的装置，它的工作原理是当光子通过光电管时，会与金属中的电子发生作用，使电子获得一定动能，从而产生电流。
光电管经过光阑限制只能接收到一束经过光衰减器调节的光，调节光强度可以通过改变光衰减器的旋钮来实现。
3.实验步骤1)首先，通过调节光源的光强度，使得微安表刻度在合适的量程范围内，并记录下光源的功率。
2)为了确定光电流与光强度之间的关系，可以通过固定光源功率，逐渐改变入射光的波长，测量光电流随光强度变化的实验数据。
3)将实验数据整合，并画出光电流随光强度的曲线图。
4)利用实验数据计算普朗克常量。
4.结果与分析根据实验数据整理后，我们得到了光电流随光强度变化的曲线图。
在实验过程中，我们发现当光源功率较小时，光电流与光强度之间存在线性关系；但当光源功率增大时，光电流与光强度之间出现饱和现象。
这是因为当光源功率较小时，每个光子与光电管中的电子发生作用的概率较小，因此光电流与光强度存在线性关系；而当光源功率较大时，大量光子与电子作用，光电流已接近饱和状态，无法再继续增大。
利用实验数据计算得到的普朗克常量与理论值相比较，可以发现它们在实验误差内是一致的。
这说明通过测量光电流与光强度的关系，我们能够较为准确地测量出普朗克常量。
5.实验误差分析和改进措施1)采用更为精确的仪器和测量方法，如使用高精度的功率计和微安表。
2)提高实验的精度，增加实验重复性，减小人为操作的影响。
3)通过加大光衰减器的步长，并且测量多个数据点，可以更好地捕捉到光电流与光强度之间的关系。
测定普朗克常数的方法
测定普朗克常数的方法普朗克常数（Planck's constant）是量子力学中的基本常数之一，与物质的波粒二象性和能量量子化相关。
测定普朗克常数的方法主要包括黑体辐射法、光电效应法和普朗克系列法等。
下面将详细介绍这些方法。
首先，黑体辐射法是测定普朗克常数的经典方法之一、根据普朗克的理论，黑体辐射的辐射能量服从普朗克分布，即以频率ν的电磁波辐射能量为E的概率密度为B(ν,T)=(8πhν³/c³)/(e^(hν/kT)-1)，其中h为普朗克常数，c为光速，k为玻尔兹曼常数，T为黑体的温度。
通过测量黑体辐射的能谱，可以拟合出概率密度函数，从而得到普朗克常数的近似值。
其次，光电效应法也是一种测定普朗克常数的常用方法。
光电效应是电磁辐射与金属或半导体表面相互作用所产生的现象，表现为光照射到金属表面或半导体上时，会使其发射电子。
根据经典的电磁波理论，光电效应是不应该出现的，因为经典理论预测照射强度应足够大即可使电子脱离金属。
然而，实验观察到即使是低频光也能使金属发生光电效应，而高频光也不一定能够产生光电效应。
爱因斯坦独立提出的光量子假设成功解释了这一现象。
根据光电效应公式E=hν-φ，其中E为光电子的能量，h为普朗克常数，ν为光的频率，φ为表面逸出功，通过测量光的频率和光电子的最大能量，可以确定普朗克常数。
最后，普朗克系列法也是一种测定普朗克常数的方法。
普朗克系列是氢原子的光谱线系列，与能级跃迁相关。
根据经典的电磁理论，氢原子的能级应连续分布，然而实验观察到氢原子的光谱线是分立的，即只在特定的频率下才能发生能级跃迁。
根据量子力学理论，能级跃迁与电子的能量差ΔE之间有关系ΔE=hν，其中ΔE为能级的能量差，h为普朗克常数，ν为光的频率。
通过测量氢原子的光谱线频率和能级差，可以计算出普朗克常数的值。
综上所述，测定普朗克常数的方法主要包括黑体辐射法、光电效应法和普朗克系列法等。
这些方法通过实验测量与普朗克常数相关的物理量，结合经典或量子理论，从而得到普朗克常数的数值。
光电效应测普朗克常量
实验五、光电效应测普朗克常量普朗克常量是量子力学当中的一个基本常量，它首先由普朗克在研究黑体辐射问题时提出,其值约为s J h ⋅×=−3410626069.6，它可以用光电效应法简单而又较准确地求出。
光电效应是这样一种实验现象，当光照射到金属上时，可能激发出金属中的电子。
激发方式主要表现为以下几个特点：1、光电流与光强成正比2、光电效应存在一个阈值频率（或称截止频率），当入射光的频率低于某一阈值频率时，不论光的强度如何，都没有光电子产生3、光电子的动能与光强无关，与入射光的频率成正比4、光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光电子（延迟时间不超过910−秒），停止光照，即无光电子产生。
传统的电磁理论无法对这些现象对做出解释。
1905年，爱因斯坦借鉴了普朗克在黑体辐射研究中提出的辐射能量不连续观点，并应用于光辐射，提出了“光量子”概念，建立了光电效应的爱因斯坦方程，从而成功地解释了光电效应的各项基本规律，使人们对光的本性认识有了一个飞跃。
1916年密立根用实验验证了爱因斯坦的上述理论，并精确测量了普朗克常数，证实了爱因斯坦方程。
因光电效应等方面的杰出贡献，爱因斯坦与密立根分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。
实验目的1、 通过实验理解爱因斯坦的光电子理论，了解光电效应的基本规律；2、 掌握用光电管进行光电效应研究的方法；3、 学习对光电管伏安特性曲线的处理方法、并以测定普朗克常数。
实验仪器GD-3型光电效应实验仪（GDⅣ型光电效应实验仪）图1 光电效应实验仪实验原理1、 光电效应理论：爱因斯坦认为光在传播时其能量是量子化的，其能量的量子称为光子，每个光子的能量正比于其频率，比例系数为普朗克常量，在与金属中的电子相互作用时，只表现为单个光子：h εν= (1)212h mv W ν=+ (2) 上式称为光电效应的爱因斯坦方程，其中的W 为金属对逃逸电子的束缚作用所作的功，对特定种类的金属来说，是常数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验题目：光电效应法测普郎克常数
实验目的：了解光电效应的基本规律，并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线
实验仪器：光电管、滤波片、水银灯、相关电学仪器
实验原理：当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某
些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。
在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。
光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。
其中S 为真空光电管，K 为阴极，A 为阳极。
当无光照
射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G 中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K 上时，形成光电流，光电流随加速电位差U 变化的伏安特性曲线如图8.2.1-2所示
1、光电流与入射光强度的关系
光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值
和值I H ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。
当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减小。
实验指出，有一个遏止电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。
2、光电子的初动能与入射频率之间的关系
光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由K 极向A 极
运动。
当U=U a 时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。
所以电子的初动能等于它克服电 场力作用的功。
即
a eU mv =2
2
1 根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。
每一光子的能量为hv =ε，其中h 为普朗克常量，ν为光波的频率。
所以不同频率的光波对应光子的能量不同。
光电子吸收了光子的能量h ν之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A ，另一部分转换为电子动能。
由能量守恒定律可知
A mv hv +=
2
2
1 （2）
式（2）称为爱因斯坦光电效应方程。
由此可见，光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关
3、光电效应有光电存在
若用频率不同的光分别照射到K 上，将不同的频率代入光电效应方程，任取其中两个就可以解
出 j
i j i v v U U e h --=
)(
其中光的频率
应大于红限
h A 0 ，否则无电子逸出。
根据这个公式，结合图象法或者平均值 法就可以在一定精度围测得h 值。
实验中单色光用水银等光源经过单色滤光片选择谱线产生；使用交点法或者拐点法可以确定较
准确的遏止电位差值。
实验容：1、在光电管入光口装上365nm 的滤色片，电压为-3V ，调整光源和光电管之间的距离，直到电
流为-0.3μA ，固定此距离，不需再变动；
2、分别测365nm,405nm,436nm,546nm,577nm 的V-I 特性曲线，从-3V 到25V ，拐点出测量间 隔尽量小；
3、装上577nm 滤色片，在光源窗口分别装上透光率为25%、50%、75%的遮光片，加20V 电压， 测量饱和光电流Im 和照射光强度的关系，作出Im-光强曲线；
4、作Ua-V 关系曲线，计算红限频率和普朗克常量h ，与标准值进行比较。
注意事项：a 、严禁源直接昭般光窗口，每次换滤色片时，心定要把出光口盖上。
b 、严禁用手摸光学镜头表面。
c 、小心轻放镜片，不要把镜头摔坏。
原始数据：光波长为365nm 时，电流和电压间的关系如下表 U / V -3.00 -2.55 -2.11 -1.81 -1.52 -1.39 -1.37 -1.24 -1.19 -1.10 I /μA -0.3 -0.3 -0.2 -0.2 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.4 U / V -1.05 -0.98 -0.81 -0.75 -0.62 -0.53 -0.49 -0.25 -0.12 0 I /μA 0.5 0.7 1.0 1.3 1.7 2.1 2.9 3.6 4.2 5.0 U / V 0.41 1.21 1.89 2.19 2.58 3.01 6 10 17.1 24.0 I /μA
7.2
9.9
11.5
12.1
12.6
13.1
15.8
17.6
18.4
19.1
U / V -3.00 -2.49 -1.81 -1.19 -1.00 -0.89 -0.81 -0.71 -0.60 -0.50 I /μA -0.2 -0.1 -0.1 -0.1 0 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 U / V
-0.43
-0.40
-0.34
-0.29
-0.19
-0.05
0.49
1.01
1.71
光波长为546nm时，电流和电压间的关系如下表
20V电压时，577nm下滤光片饱和光电流和照射光强的的关系为
数据处理与误差分析：
根据上面五个波长下电压与电流的关系画出伏安特性曲线
图一 365nm 光下光电管的伏安特性曲线
图二 405nm 光下光电管的伏安特性曲线
图三 436nm 光下光电管的伏安特性曲线
图四 546nm 光下光电管的伏安特性曲线
图五 577nm 光下光电管的伏安特性曲线
根据以上五个图，利用拐点法可确定在不同光频率下的遏止电压差值，列表如下：
λ/nm ν/1014 Hz |Ua|/V
365 8.216 1.70
405 7.410 1.15
436 6.882 0.77
546 5.492 0.65
577 5.198 0.29
由此作出频率-遏止电压图，用直线拟合：
从origin 中可以看出，直线斜率为k=0.396,直线在X 轴上截距为x 0=4.59×1014
Hz 由公式
k e
h
=，算得s J h ⋅⨯=-)1034.6(34 由公式A h =0ν，算得J A )1091.2(19
-⨯=
普朗克常量误差为%31.4=η
对于光电流和光强度的关系，可以作出下图
由图表可得，在误差许可围，光饱和电流和光强度成正比。
ν / 1014 Hz
本实验产生误差的原因有：
1、电学仪器示数不稳定造成读数误差；
2、读数过程中对拐点的判断和作图均有误差；
3、存在阳极光电效应引起的反向电流。
最终结论：普朗克常量为 s J h ⋅⨯=-)1034.6(34
逸出功为 J A )10
91.2(19
-⨯=
红限为 Hz )1059.4(14
0⨯=ν。