光电效应测定普朗克常量
基础物理实验-光电效应法测定普朗克常数
基础物理实验-光电效应法测定普朗克常数
光电效应法测定普朗克常数是一项基础物理实验，是通过研究光电效应来测定普朗克常数（符号为h）的一种方式。
普朗克常数是物理定律中一个重要的常数，它影响到热力学、光学等物理现象。
其值与许多量子现象有关，因此普朗克常数的准确的测定具有很重要的意义。
光电效应法测定普朗克常数有两种方法：第一种是爱因斯坦-ヒル方法，第二种是思廉斯-威尔逊方法。
爱因斯坦-ヒル方法主要是测定半导体中发生光电效应时，所放射或吸收光子与电子电荷之间的关系。
思廉斯-威尔逊方法是研究普朗克常数在发生激光光电效应中及电子电荷与激光能量所关联的关系。
爱因斯坦-ヒル方法测定普朗克常数的具体实验操作是：测量铋基半导体片材，将研磨涂硅好的片材压入Si的夹头，然后将夹头底座接入电路中，成为一个封闭的系统；然后将强光源聚焦于夹头和片材之间，激发半导体材料，使它发射出电子，接着将其能谱绘制出来；最后根据电荷量分子和光子能量的关系求得普朗克常数的值。
思廉斯-威尔逊方法的实验过程是：首先构造一个电路，电路中要有激光源、金属晶体和放大器等元件；然后将一定能量的光束输出，激发金属晶体，使它产生电离；接着通过放大器将电离电荷数目设定为有限数量，最后通过积分器计算积分，得到普朗克常数的大小。
有了以上两个方法，人们便可以精确测定普朗克常数，并利用该方法进行其他实验中也会经常用到该常数的计算。
由此可见光电效应法测定普朗克常数的重要性。
通过本次实验学习，可以充分体现出基础物理实验中的实用性，使我们能够仔细学习其核心内容，深入理解并巩固学习结果。
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。
用光电效应测定普朗克常量
用光电效应测定普朗克常量光电效应是指当光在某些物质表面照射时，会引起物质中电子的退出，产生电子波动现象。
该效应是经典物理学无法解释的。
为了解释这种现象，普朗克在1900年提出了一个新理论，即能量是以分立的量子方式存在，这就是量子理论的开端。
普朗克常量是量子理论中非常重要的一个量，它描述了量子之间的关系，也是光电效应实验中需要测定的重要物理量。
测定普朗克常量的方法之一就是利用光电效应。
光电效应实验装置是一个小型的真空室，内部有一个光源，用于产生电子。
光源辐射出光子，光子通过光阑进入真空室，并照射在钨箔表面。
由于钨箔表面的一些原子具有光电子能级，当光子的能量大于该能级时，钨原子会发射出光电子。
发射的光电子进入一个高压的电子收集器中，最终通过电路输出到计数器上得到电流值。
通过改变光源、光强、电压等实验条件，可以测量出光电子的最大动能和该光子的能量。
根据爱因斯坦的公式：光子的能量等于光电子最大动能和钨金属表面逸出功之和，用光电效应实验可以得出一组光子能量和对应光电子最大动能的数值。
将这些数值带入公式：E = hν (其中，E为光子的能量，ν为光子的频率，h为普朗克常量)便可以计算出普朗克常量h的值。
光电效应实验是测定普朗克常量的一种重要方法。
通过该实验可以探索光子与物质之间的相互作用、光的波长和频率、钨金属的电子结构等重要问题。
与其他测定方法相比，光电效应实验的优点在于实验过程简单直观，且结果精确可靠。
随着现代科技的不断发展，光电效应实验已成为物理学和工程领域中不可或缺的实验技术，将继续为科学技术的进步做出贡献。
光电效应测普朗克常量
光电效应测普朗克常量篇一：光电效应法测普朗克常量(已批阅)实验题目：光电效应法测普朗克常量4级学号姓名日期实验目的：了解光电效应的基本规律，并用光电效应的方法测量普朗克常量，并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：在光电效应中，光显示出粒子性质，它的一部分能量被物体表面电子吸收后，电子逸出形成光电子，若使该过程发生于一闭合回路中，则产生光电流。
实验原理图：图一：原理图光电流随加速电压差U的增加而增加，其大小与光强成正比，并且有一个遏止电位差Ua存在（此时光电流I=0）。
当U=Ua时，光电子恰不能到达A，由功能关系：12mv2?eUa而每一个光子的能量??h?，同时考虑到电子的逸出功A，由能量守恒可以知道：h??12mv2?A这就是爱因斯坦光电效应方程。
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：h?Ahe(U1?U2)?1??2其中光的频率?应大于红限?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范围内测得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。
4级学号姓名日期实验内容：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577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。
数据处理和误差分析：本实验中测量的原始数据如下：4级学号姓名日期表六：在不同透光率下的饱和光电流（577nm光下）电流单位：μA根据以上表一至表五的数据，可分别作出各种不同波长（频率）光下，光电管的V-I特性曲线：4级学号姓名日期365nm光下光电管的伏安特性曲线405nm光下光电管的伏安特性曲线4级学号姓名日期436nm光下光电管的伏安特性曲线546nm光下光电管的伏安特性曲线篇二：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一、实验题目光电效应测普朗克常数二、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。
测量普朗克常量的方法
测量普朗克常量的方法测量普朗克常量是一个极其复杂和精密的任务，因为其值与微观世界的量子物理现象相关。
普朗克常量（h）是一个基本常量，它在量子力学中用于描述能量的离散性和辐射的特性。
在计算普朗克常量的值时，实验方法通常涉及到一些与光子相关的现象，例如光的辐射频率、能量及粒子数量的计数等。
下面将介绍几种用于测量普朗克常量的常见实验方法：1. 光电效应法：光电效应是描述光和金属之间相互作用的现象。
根据爱因斯坦的光电方程（E = h ν- Φ），其中E是光电子的能量，h为普朗克常量，ν为光的频率，Φ为光电子的逸出功。
通过测量光的频率和光电子的能量，可以得到普朗克常量的值。
2. 涡流衰减法：涡流衰减法（Eddy current damping method）利用了涡流现象的特性。
涡流是指当金属材料或导体中有变化的磁场时，会产生感应电流。
根据感应电流大小的衰减情况，可以计算得到普朗克常量的值。
3. 基于约瑟夫森效应的荧光检测法：约瑟夫森效应是描述被束缚在两个高身势电子之间的原子发生共振跃迁的现象。
这种共振跃迁会导致发射光子的能量有离散的特性。
通过测量共振频率和发射光子的能量，可以得到普朗克常量的值。
4. 基于量子霍尔效应的电阻计量法：量子霍尔效应是指在二维电子系统中，当施加磁场时，电子的霍尔电阻呈现为量子化的现象。
通过测量霍尔电阻的量子化值和磁场强度，可以计算得到普朗克常量的值。
5. X射线研究法：利用X射线的特性和普朗克常量的关系，可以通过测量X射线的特性参数，如频率和能量，来计算普朗克常量的值。
以上只是一些测量普朗克常量的常见实验方法，每种方法都需要使用非常精密和复杂的实验仪器，以及高度精确的数据处理和分析。
此外，为了减小误差，通常需要采用多种方法的组合来测量普朗克常量的值，并对多次实验结果进行平均处理。
值得注意的是，测量普朗克常量的方法需要依赖激光技术、高精度光学仪器以及精确的实验设计和探测技术等。
由于普朗克常量的精确测量对于精确的物理研究具有重要意义，因此，科学界一直致力于推动测量方法的改进和精确度的提高。
光电效应-测定普朗克常量
3.小结:对实验中出现的问题进行讨论和分析。
将“伏安特性测试/截止电压测试”状态键为伏安特性 测试状态。将“电流量程”选择开关置于10－10A并 重新调零.
(1)将直径为2mm的光阑及波长435.8nm的滤光片插 在光电管入射窗孔前;
(2)手动模式下测量伏安特性曲线，每2伏取一电压值， 记录一电流值到表2中。
表2
I U AK关系
L 400mm
435.8n m
-1 1 3 5 7
U AK (V)
光阑
2mm
I (1010 A)
四、 数据处理
1. 用作图法:在坐标纸上作出 Uc-v 关系曲线
求出普朗克常数h，并与公认值h0比较。
e 1.6021019C h0 6.6261034 J S
2. 根据表2的数据，在坐标纸上作出UAK -I关
(2) 测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，“电流量 程”选择置于所选档，旋转“电流调零” 旋钮使“电流表” 指 示为零。按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态。 （注意：只在调换“电流量程”时仪器调零)
(3) 调整光路：先取下光电管暗箱遮光盖，将直径为2mm的光 阑及波长为365.0nm的滤光片插在光电管入射窗孔前，再取 下汞灯的遮光盖，使汞灯的出射光对准光电管入射窗孔。 （注意：严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管）
2)光电效应中产生的光电子的速度与光的频率有关，而与光强 无关。
3)光电效应的瞬时性。 实验发现，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无 论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，响应时间不超过10-9 秒（1ns）。
4)入射光的强度只影响光电流的强弱，即只影响在单位时间内 由单位面积上逸出的光电子数目。
光电效应测普朗克常数
光电效应测普朗克常数引言光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会发射出电子的现象。
这一现象对于理解光的本质和粒子特性起到了重要的作用。
普朗克常数是描述光的粒子性质的一个物理常数，它被定义为光子能量与其频率之间的比值。
本文将介绍光电效应的基本原理以及如何利用光电效应来测量普朗克常数。
光电效应的基本原理光电效应的基本原理可以用来解释为什么金属在受到光照射时会发射电子。
根据爱因斯坦的光子观点，光是由一系列能量为hf的光子组成的，其中h为普朗克常数，f为光的频率。
当光照射到金属表面时，光子的能量转移给了金属中的自由电子，使其获得可能离开金属表面的能量。
如果光子的能量足够大，电子将被光子完全吸收并从金属表面射出，这就是光电效应的基本过程。
光电效应的一些基本特点可以总结如下：1.光电子发射的速度与入射光子的频率有关：光电子发射的速度与入射光子的频率成正比。
当入射光子的频率增加时，光电子的速度也会增加。
2.存在阈值频率：对于给定的金属材料，存在一个称为阈值频率的临界频率。
当入射光的频率小于该阈值频率时，光电效应不会发生，即使光的强度很大。
3.光电子的动能与入射光子的频率相关：光电子的动能与入射光子的频率之间存在一个线性关系。
光电子的动能可以通过测量光电子的速度来确定。
测量普朗克常数的实验方法利用光电效应来测量普朗克常数可以采用以下的实验方法：1.测量光电流与光强度之间的关系：首先要测量光电流与光强度之间的关系。
实验中可以通过改变入射光的强度，使用一个电流计测量光电流的大小。
根据光电效应，光强度的增加应该导致光电流的增加。
2.测量光电流与频率之间的关系：接下来测量光电流与光频率之间的关系。
在这个实验中，入射光的强度保持不变，而改变入射光的频率。
通过测量光电流的变化，可以得到光电流与频率之间的关系。
3.绘制光电流与频率的图像：根据实验测量数据，可以绘制光电流与频率的图像。
从图像中可以得到光电流与频率的线性关系的斜率。
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、通过光电效应实验了解光的量子性；
2、测定不同频率入射光所对应的遏止电压Us；
3、验证爱因斯坦方程，并由此求出普朗克常量。
[实验原理]
光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。
光电效应实验对于认识光的本质及早期量子理论的发展，具有里程碑式的意义。
对于一定的金属，当光波频率高于某一值时，金属一经照射，立即有光电子产生。
当光波频率低于该值时，无论光强多强，照射时间多长，都不会有光电子产生。
光电流是阴极在光照射下发射出的电子流，光电流的大小与入射光强成正比，光电流实际是在照射开始时立即产生，无需时间上的积累。
在阴阳极间加反向电压时，光源和阴极材料都对截止电压有影响，但光的强度对截止电压无影响，电子逸出金属表面的最大速度与光强无关。
当光传播时，显示出光的波动性，产生干涉、衍射、偏振等现象；当光和物体发生作用时，显示出粒子性。
图1光电效应实验原理图图2 光电流I-U关系曲线
图3 遏止电压U s与入射光频图4 入射光频率不同的I－U曲线率v之间的关系
图5 入射光强度不同的I－U曲线图6 暗电流及遏止电压的确定
[实验步骤]
1、观察光电效应现象。
2、测定不同频率入射光所对应的遏止电压Us。
3、计算普朗克常量。
4、截止频率的测定。
5、测量光电管的伏安特性曲线与光强的关系改变光阑（改变距离选做）。
[注意事项]
1.机器必须预热20分钟以上。
2.调零时，应卸下测试仪后面板微电流输入端。
光电效应法测普朗克常量
光电效应法测普朗克常量PB10011064 赵康菲一．实验名称：光电效应法测普朗克常量二．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，逸出功和截止频率，测量光电管的伏安特性曲线。
三．实验原理：（详见预习报告）四．实验仪器：汞灯，光电管，检流计，。
五．实验内容及数据处理。
1.在光电管入光口装上365nm滤光片，调整电压为-3v，调整光源和光电管之间的距离，直到光电流为−0.3μA，固定此距离不再变动。
2.在365nm，405nm，436nm，546nm，577nm五种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线，并根据此曲线确定遏止电位差值，用一元线性回归法计算普朗克常量。
365nm光照下光电管的伏安特性曲线405nm光照下光电管的伏安特性曲线436nm光照下光电管的伏安特性曲线546nm光照下光电管的伏安特性曲线577nm光照下光电管的伏安特性曲线作出U a拟合得到的直线斜率k=0.328∗10−14，截距b=−1.30he=kh=ek=1.6∗10−19∗0.328∗10−14=5.25∗10−34J∗sAe=|b|A=b e=1.30∗1.6∗10−19=2.08∗10−19J红限频率γ0=Ah =2.08∗10−195.25∗10−34=3.96∗1014H Z普朗克常量公认值：h0=6.63∗10−34J∗s相对误差d=h0−hh0=6.63−5.256.63=20.8%，误差较大3.作出577nm光照下光电管的光电特性曲线，即饱和光电流与照射光强度的关系。
六．误差来源分析：1.实验仪器的系统误差，以及在实验中，周围环境对实验仪器性能的影响所带来的误差。
2.外界的杂散光干扰，电子逸出后不能全部打到阳极上。
大学物理实验2之光电效应法测普朗克常量
5. 操作步骤和要领
5. 操作步骤和要领 5.1 安全注意事项 • 汞灯一旦开启，不要随意关闭。 • 本实验不必要求暗室环境，但应避免背景光强的变化。 • 实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让汞光不经过滤光片直接入 射光电管窗口。
• 实验结束时应盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖！ • 仪器不宜在强磁场、强电场、强振动、高温度、带辐射物质的环境下工作。 • 仪器存放时应置于通风干燥处，加防尘罩。
截电压U0 与入射光频率具有线性关系。
3. 实验原理 A
U0
0
U0 ～ 曲线
G －V +
R －E +
光电效应实验原理图
3. 实验原理
3.2 实验规律 (3) 在同一频率下，饱和光电流强度Im 正比于 入射光强P。
I
I m2 I m1
P2 P1
P2 P1
8. 实验数据记录及处理 8.2 测量截止电压
表2 测量截止电压数据整理换算表
要求： （1）假设截止电压和入射光频率是一个线性关系：Ua=kv+b, 通过最小二 乘法求出斜率k和截距b。计算中请写出详细过程并带入具体数据。 （2）通过此斜率k计算出普朗克常量h。计算h与公认值比较的相对误差。 （3）根据截距b计算出金属的脱出功A。并查阅实验所用的活性金属材料 的脱出功进行比较，给出相对误差。
代表人物：
惠更斯（Christiaan Huygens，1629-1695）
提出光是“机械波”
完成光的干涉实验，证明光的波动性
托马斯·杨（Thomas Young，1773-1829）
菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel，1788-1827）
完成衍射实验，成功地演示了明暗相间的衍射图样
光电效应和普朗克常量的测定
光电效应和普朗克常量的测定当光束射到某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象称为“光电效应”。
光电效应是近代物理学的基础实验之一，在量子理论的发展史上，它有着特殊的意义。
对光电效应现象的研究，使人们进一步认识到光的波粒二象性的本质，促进了光的量子理论的建立和近代物理学的发展。
近30年来，光电效应已经被广泛地应用于工农业生产、科研和国防等各领域，特别是根据光电效应制成的各种光电器件在现代技术中（如光学信号、夜视器材、电视、有声电影、自动控制与自动计量等方面）有着广泛的应用，光电功能材料也正越来越受人们的青睐。
一实验目的1. 了解光电效应的基本规律，加深对光量子性的理解。
2. 了解光电管的结构和性能，并测定其基本特性曲线。
3. 验证爱因斯坦光电效应方程，测定普朗克常数。
4. 学习用作图法和线性拟合法处理数据。
二仪器和用具GD－1型光电效应测试仪，钢直尺，导线等。
GD－1型光电效应测试仪的结构如图33-1所示，它包括5部分（1） GDH－45型光电管：阳极A为两块镍板，阴极K为不透明锑钾绝（Te—K—Se），光窗为石英侧窗式，光谱响应范围3000Å一8500Å，蜂值波长为3900±300Å。
工作电压30V 时阴极灵敏度约为2.5 10-11A.为了避免杂散光和外界电磁场对弱光电信号的干扰，光电管放置在铝质暗盒中，暗盒窗口的光阑孔为φ16mm，可放置φ36mm的各种带通滤色片和中性减光片。
（2）光源采用GGQ－50WHg 仪器用高压汞灯。
波谱分布分立式线谱，其波谱分布范围为3023Å一8720Å。
（3）滤色片：是一组外径为φ36mm的宽带通型组合滤色片，具有滤选3650Å、4047Å、4358Å、5461Å、5770Å等谱线的能力。
（4）中性减光片：是三块一组外径为φ36mm的中性减光片。
光电效应测普朗克常量
光电效应测普朗克常量1. 引言光电效应是指当光照射到某些物质表面时，会引发电子的解离，并产生电流的现象。
这一现象是物理学上的重要实验现象，对于理解光的本质和电子的性质有着重要的意义。
在20世纪初期，德国物理学家普朗克通过对光电效应进行研究，提出了著名的普朗克公式，该公式不仅解释了实验数据，还引入了一个新的物理常量——普朗克常量。
本文将介绍光电效应的基本原理和实验方法，以及通过测量光电效应中的一些参数来计算普朗克常量的方法。
2. 光电效应原理光电效应的基本原理可以用经典电动力学和量子力学两种理论解释。
2.1 经典电动力学解释经典电动力学理论认为，光是一种电磁波，而光的能量是均匀分布在电磁波中的。
当光照射到金属表面时，光的能量被金属表面的自由电子吸收，导致电子获得足够的能量以克服金属表面的束缚势能，从而跳出金属表面。
这就是光电效应的基本原理。
然而，根据经典电动力学的理论，无论光的强度如何，电子应该能够吸收足够的能量从而脱离金属表面。
但实验表明，只有当光的频率超过一定的阈值，光电效应才会发生。
这个现象无法通过经典电动力学解释，因此需要用量子力学来解释。
2.2 量子力学解释量子力学认为，光的能量是以粒子的形式存在的，这些粒子被称为光子。
当光照射到金属表面时，光子与金属表面的电子发生碰撞，将能量传递给电子。
根据量子力学的原理，能量的传递是以量子的形式进行的，即光子将能量以一个个量子的形式传递给电子。
当光的频率足够高时，每个光子携带的能量可以克服金属表面的束缚，使电子跃出金属表面。
根据量子力学的理论，光电效应的发生与光的频率相关，而与光的强度无关。
当光照射到金属表面时，只有光的频率大于金属的工作函数，也就是金属表面电子的最小束缚能量时，光电效应才会发生。
当光的频率小于工作函数时，无论光的强度如何大，光电效应都不会发生。
3. 光电效应实验方法测量光电效应的实验方法通常包括以下几个步骤：1.准备一个光电效应实验装置，包括一个光源、一个金属阴极和一个阳极。
光电效应和普朗克常量
利用光电效应可以将光子转换为电子， 实现高速、高灵敏度的光电转换器件， 应用于光通信、光谱分析和生物成像 等领域。
Part
04
实验研究
实验目的
01
02
03
验证光电效应现象
通过实验观察光电效应的 产生，验证爱因斯坦的光 电效应公式。
测量普朗克常量
通过实验数据计算普朗克 常量，了解光子能量与光 电子动能之间的关系。
光电效应的发生是突然的、离散的，与经典物理学的连续性观念相矛盾，进一步证 实了量子力学的正确性。
普朗克常量在光电效应中的作用
普朗克常量是描述量子大小的 光子能量的最小单位，它在光
电效应中起到关键作用。
当光子能量大于金属的功函 数时，光子能量被电子吸收， 电子获得足够的能量从金属
表面逸出，形成光电子。
普朗克常量是物理学中的 一个基本常数，表示能量 和时间之间的不确定性关 系。
STEP 03
普朗克常量用符号 h 表 示，其数值约为 6.626 x 10^-34 Js。
它表示能量不能以无限精 确的值存在，而是以离散 的量子形式存在。
普朗克常量与量子力学
普朗克常量是量子力学中的核 心概念，是量子化的基础。
光电效应和普朗克常 量
• 光电效应 • 普朗克常量 • 光电效应与普朗克常量关系 • 实验研究 • 结论
目录
Part
01
光电效应
光电效应的发现
01
1887年，赫兹在实验中首次观察 到光电效应。
02
1905年，爱因斯坦提出光量子理 论，解释了光电效应的原理。
光电效应的原理
当光照射在物质表面时， 物质可以吸收光子并释放 出电子，这个现象称为光 电效应。
6利用光电效应测定普朗克常量
灯亮表示该存储区已有数据， 灯不亮为空存储区， 灯闪烁表示系统预选的或正在存储数据的 存储区。 设置好扫描起始和终止电压后， 按动相应的存储区按键， 仪器将先清除存储区原有数据 ， 等待约 30 秒，然后按 4mV 的步长自动扫描，并显示、存储相应的电压、电流值。 扫描完成后，仪器自动进入数据查询状态，此时查询指示灯亮，显示区显示扫描起始电 压和相应的电流值。用电压调节键改变电压值，就可查阅到在测试过程中，扫描电压为当前 显示值时相应的电流值。读取电流为零时对应的 UAK，以其绝对值作为该波长对应的 U0 值。 将测量数据记于表一中。 按“查询”键，查询指示灯灭，系统回复到扫描范围设置状态，可进行下一次测量。 表一 U0— v 关系 光阑孔φ= mm 波长 i nm 频率 vi 1014 Hz 截止电压 Uoi（v） 365.0 404.7 7.408 435.8 6.879 546.1 5.490 577.0 5.196
2
(2)
时，光电流将为零，此时的 U0 称为截止电压。光电流与所加电压的关系如图 2 所示。 将式（2）代入式（1）可得 eU0= hv - W 即 U0= h v W
e e
（3）
它表示 U0 与 v 间存在线性关系，其斜率等于 h / e ，因而可以从对 U0 与 v 的数据分析中 求出普朗克常量 h 。 实际实验时测不出 U0，测得的是 U0 与导线和阴极间的正向接触电势差 Uc 之差 U0ˊ，
图4
实验仪器
智能光电效应仪由汞灯及电源，滤色片，光阑，光电管、智能实验仪构成。实验仪有手 动和自动两种工作模式，具有数据自动采集，存储，实时显示采集数据，动态显示采集曲线 （连接计算机） ，及采集完成后查询数据的功能。
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光 电效应实验及其光量 子理论的解释在量子理论 的确立 与 发展 上 ， 在 揭 示 光 的波 粒 二 象 性 等 方 面 都 具 有 划 时代 的 深 远 意义 。利 用 光 电效 应 制 成 的 光 电 器 件 在 科 学 技 术 中得 到 广 泛 的应 用 ， 并 且 至 今 还 在 不 断 开辟 新 的 应 用 领 域 ， 具有 广 阔 的应 用 前 景 。 本 实验 的 目的 是 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 。
பைடு நூலகம்
射到物质上都不会产生光电效应，根据式 （ ）， ｖ＝ ， ２ 。孚
ｖ称为红 限。 。 Ｊ：—Ｕ， Ｕｊ ｉ ｅ － ） ｌ （
—
（） ３
Ｖｊ— ＶＪ
。
上
图１光电效应实验 原理图 图２光 电管的伏安特 性曲线
二 、测量普朗克常量实验中的几种相互关系
（ ）光电流与入射光强度 的关系 一
（ ）光 电子 的初动能 与入射频率之 间的关系 二
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 向Ａ 运 动 。 当Ｕ Ｕ时 ， 光 电子 不 极 极 ＝ 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
、
测量普朗克常量的实验原理
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 我们认识光 的本性 ，具有极其重要 的意义 。 光 电效 应实验 原理如 图１ 示 。其 中ｓ 所 为真空光 电管 ，Ｋ 为阴极 ，Ａ 阳极 。当无光照射 阴极 时， 由于 阳极与 阴极是 为 断 路 ，所 以 检 流 计 Ｇ 无 电流 流 过 ， 当 用 一 波 长 比较 短 的 单 中 色 光 照 射 到 阴 极Ｋ 时 ， 形 成 光 电流 ，光 电流 随加 速 电 位 差 Ｕ 上 变 化 的伏 安 特 性 曲线 ，如 图２ 示 。 所
ｅ （ ） １
由此 若 测 定 了两 个 不 同 频 率 的单 色 光 所 对 应 的截 止 电位 差 即 可 算 出普 朗克 常 量 ｈ ，也 可 由 ｖ— 直 线 的斜 率 求 出ｈ ｕ 。 因此 ， 用 光 电效 应 方 法 测 量 普 朗克 常 量 的 关 键 在 于 获 得 单 色 光 、 测 得 光 电管 的伏 安 特 性 曲线 和 确 定截 止 电 位 差 值 。 实 验 中 ， 单 色 光 可 由水 银 灯 光 源 经 过 单 色 仪 选 择 谱 线 产 生 。 水 银 灯 是 一种 气 体 放 电光 源 ， 点 燃 稳 定 后 ， 在 可 见 光 区 域 内有几 条波长 相差较 远 的强谱线 ，如表 ｌ 示 。单 色仪 的 所 鼓轮 读数与 出射光 的波长存在～ 一对应关系 ，由单色仪的定 标 曲线 ， 即可 查 出 出 射 单 色 光 的波 长 （ 关 单 色 仪 的 结 构 和 有 使用 方 法 请 参 阅有 关 说 明 书 ） ， 也 可用 水 银 灯 （ 自 炽 灯 ） 或 与滤光片联合作用产 生单色光。 通 过对实验数据 的分析 、处理 ，我们可 以比较 出三种测 量方 法各 自的优缺 点 ： （ ）零 电流法 ：测量 的误差相对 较 １ 大 ，但是 这种方法最容 易理解和测量 ，可 以在实验 中辅助 测 量。 （ ）补偿法 ：操作较简单 ，理解起来也很容易，实验 结 ２ 果误差相 对较 小 ，也 是一种 比较好 的测量 方法 。 （ ）拐 点 ３ 法 ： 操 作 较 难 ， 要 求 能 从 大 量 的 实 验 数 据 ， 记 录 有 用 的数 据 绘 制 曲线 。但 是 ， 相 对 于 前 两种 方 法 来 说 ， 拐 点 法 测 量 的结 果相 对误差非 常小，准确度 很高，是实验课 堂教学中首选 的 方法 。既培养 了学生的实践能力又得到了很好的实验结果 。
一
为 电子动能 。由能量守恒定律可知
＾ ｍ （ ） ２
式 （ ）称 为 爱 因 斯 坦 光 电效 应 方 程 。 ２ 由 此 可 见 ， 光 电 子 的 初 动 能 与 入 射 光 频 率 Ｖ呈 线 性 关 系，而与入射光的强度无关 。
（ ）求普朗克常量的过程 三
实验 指 出，当光 的频 率 ｖ ＜ｖ 时，不 论用 多强 的光 照
光电效应测定普朗克常量
巩 雪 亮
（ 白城市第一中学 吉林 自城 １７ ０ ） ３ ０ ０ ［ 摘要】随着科 学技术 的发展 ，利 用光 电效应 制成 的光 电器件在科 学技 术 中得 到广泛 的应 用 ，并且 至今还 在不断开辟 新 的应 用领域 ，具有广 阔的应 用前景 。本文在参 考 了大量 的文献和 资料 的基础 上 ， 综述 了光 电效应实验和 用 色散及 光谱理 论 测定普朗 克常数的技 术和 方 法 ，并结合各 方 面的研 究成 果 ， 仔 细分析 了光 电效应 中用反 向截止 电压 法测量 普朗克常数所产生误差的原 因。 ［ 关键词】普 朗 克 常 量 实验 光 电效 应
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， 饱 和 电流 与 光 强 成 正比，而与入射 光的频率无关 。当Ｕ Ｕ－ ＝ Ｕ变成 负值 时，光 电流 迅 速 减 小 。 实验 指 出 ，有 一 个 截 止 电位 差 Ｕ存 在 ， 当 电 位 差 达 到 这 个 值 时 ，光 电流 为 零 。