光电效应及普朗克常数的测定
光电效应和普朗克常量的测定
图33-1GD－1型光电效应测试仪的结构图
1.光源；2.减光片或滤光片；
(2)检查光源出光孔和光电管入光孔上的挡光盖是否盖上，并使二孔水平对齐，其间距 离保持在20-25cm。
(3)将光电管暗盒上的“K”端用屏蔽电缆与微电流测试仪面板上的“K”连接，再用普
通导线将二者对应的“A”和“ ”连接好，然后接通微电流测试仪的电源开关。
2．光电管特性的研究
(1)测定光电管的伏安特性
2在光源出光孔上依次装上透过率T分别为75%，50%，25%的减光片 (改变入射光的 光强)，测出对应的光电流。
3取下光电管入光孔上的滤光片，用挡光盖盖上光电管的入光孔。
3．普朗克常数的测定
(1)测量光电管的暗电流和本底电流特性
1取下光源出光孔上的减光片，盖上挡光盖。
2取下光电管入光孔上的挡光盖。
3调节“电压极性”开关，顺时针旋转“电压调节”旋钮，使电压由-3V逐渐增加
实验时，
系：
测出不同频率的光入射时的遏止电势差
u后，作ua〜曲线，u与成线性关
而由
12eUamvmh W
2
即得
0Wh
h (、
Ua(0)
e
(33-3)
从直线斜率可求出普朗克常数h,由直线的截距可求得截止频率
0 °
3.光电管
光电管是利用光电效应制成的能将光信号转化为电信号的光电器件。 在一个真空的玻璃
光电效应及普朗克常数的测定
2. 用零电流法测定h
将“电压”选择按键置于－2V～+0V档，“电流量程”选择 在10-13A档并重新调零。将直径为4mm的光阑及波长为 365.0nm 的滤光片插在光电管入射窗孔前，调节电压UAK，使得光电流I 为零，此时测试仪中显示的电压值即可认为是该入射光频率 对应的截止电压。重复测量4次，填入表1中。 依次更换其余四个滤光片（注意：一定要先盖上汞灯的遮光 盖再更换滤光片），测出各自对应的截止电压。
实验目的
1. 通过光电效应实验了解光的量子性。 2. 测量光电管的弱电流特性,找出不同光 频率下的截止电压。 3. 验证爱因斯坦方程，并由此求出普朗 克常数。
实验原理
在光的照射下，电子从金属表面逸出的现象，叫光 电效应。
K A
I
Im
G
－ V +
R －E +
光电效应实验原理图
U 0
o
U AK
某一频率下,某一光强时
( U 0 )
30
435.8nm 光阑4mm
U AK (V)
I (1010 A)
五.注意事项
1. 本实验不必要求暗室环境，但应避免背景光强
的剧烈变化。 2. 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。 3. 实验结束时应盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖！
光电效应与普朗克常数测定
光电效应和普朗克常数的测定填空题1.光电效应的实验事实表明，对应于一定的辐射频率，有一电压U 0，当U AK ≦U 0时，电流为零，U 0被称为 截止电压 。
2.光电效应的定律指出，照射光的频率与极间端电压U AK 一定时， 饱和光电流 的大小与入射光的强度成正比。
3.对于不同频率的光，其截止电压的值不同，截止电压与 入射光频率 成正比关系。
当入射光频率低于某极限值ν0（ν0 随不同阴极金属材料而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。
ν0称为 截止频率 。
4.光电效应是瞬时效应。
即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于 截止频率 ，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为10－9秒的数量级。
5.爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应的实验规律。
写出爱因斯坦提出的光电效应方程：A m h +=2021υν 问答题1.如何通过光电效应测量普朗克常数？光电效应实验表明，截止电压U 0是频率ν的线性函数，即 eU 0 =h ν－A直线斜率k = h/e 。
e 为电子电荷常数，对于给定的光电管，只要用实验方法得出不同的辐射频率对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数h 。
2.零电流法和补偿法测量截止电压有何区别？零电流法是直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压U AK 的绝对值作为截止电压U 0。
此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，用零电流法测得的截止电压与真实值相差较小。
补偿法调节电压U AK 使电流为零后，保持U AK 不变，遮挡汞灯光源，此时测得的电流I 为电压接近截止电压时的暗电流和本底电流。
重新让汞灯照射光电管，调节电压U AK 使电流值显示为I ，将此时对应的电压U AK 的绝对值作为截至电压U 0。
此法可补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响。
3.根据你的测量数据，确定光电管阴极材料的电子逸出功A ？根据 eU 0 =h ν－AA 1=h ν-eU 0=6.626×10-34×8.214×1014-1.602×10-19×1.750 =2.640×10-19JA 2=6.626×10-34×7.408×1014-1.602×10-19×1.436=2.579×10-19J=6.626×10-34×6.879×1014-1.602×10-19×1.206A3=2.626×10-19JA=6.626×10-34×5.490×1014-1.602×10-19×0.6164=2.651×10-19J=6.626×10-34×5.196×1014-1.602×10-19×0.496A5=2.648×10-19JA=2.629×10-19J数据处理实验数据1： U0—V关系1.作出不同频率下截止电压Ua和频率ν的关系曲线，求出普朗克常数h、截止频率ν0、电子逸出功A，并算出所测量值h与公认值之间的相对误差E。
实验13光电效应和普朗克常数的测定
能。
按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面 上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念， 频率为 的光子具有能量 E=h，h 为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次 为金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金 属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理， 爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：
实验13光电效应和普朗克常数的测定光照射到金属或其化合物表面上时光的能量仅部分以热的形式被金属吸收而另一部分则转换为金属表面中某些电子的能量促使这些电子从金属表面逸出来这种现象叫做光电效应所逸出的电子称为光电子
~
实验 13 光电效应和普朗克常数的测定
光照射到金属或其化合物表面上时，光的能量仅部分以热的形式被金属吸收，而另 一部分则转换为金属表面中某些电子的能量，促使这些电子从金属表面逸出来，这种现 象叫做光电效应，所逸出的电子称为光电子。光电效应首先是由赫兹发现的，他在从事 电磁波实验时，注意到接收电路中感应出来的电火花。当间隙的两个端面受到光照射时， 火花要变得更强些。后来证实赫兹所观察到的电火花加强的现象，是在光的照射下金属 表面发射电子的结果。
2.光电效应的物理解释 光电效应可以从物理上解释如下：金属中的电子被晶格束缚在金属内，要使它脱离 金属表面而成为自由电子，必须给它一定的能量，称为这种金属表面的电子逸出功。当 金属中一个电子从入射光中吸收一个光子后，就获得能量ε=hν。如果hν大于电子从金 属表面逸出时所需要的逸出功A，这个电子就可以从金属表面逸出，成为光电子。不同
光电效应的第二个结论：光电子从 金属表面逸出时具有一定的动能，最大 初动能与入射光的频率成正比，而与入 射光的强度无关。
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。
实验七光电效应及普朗克常数的测定
光子的能量h0<A时，电子不能脱离金属，因而没 有光电流产生。产生光电效应的最低频率（截止 频率）是0 =Aห้องสมุดไป่ตู้h。 可得：
eU0 =h－A
此式表明止电压U0是频率的 线性函数（如图），直线斜率
h U a 2 U a1 k e 2 1
只要用实验方法得出不同的频率对应的遏止电压， 求出直线斜率，就可算出普朗克常数h。
解 释：
按照爱因斯坦光子理论： 光照射到金属 k 极，实际上是单个光子 能量为h的光子束入射到 k 极，光子 与 k 极内的电子发生碰撞。 当电子一次性地吸收了一个光子后，便获 得了h的能量而立刻从金属表面逸出，没 有明显的时间滞后，这也正是光的“粒子 性”表现。 -----光电效应的瞬时效应
根据爱因斯坦的光电效应方程：
1 2 h m 0 A 2
入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能 越大，所以即使阳极电位比阴极电位低时也会有 电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于遏 止电压，光电流才为零
此时有：
1 2 eU a m0 2
式中Ua为遏止电压。
阳极电位高于遏止电压后，随着阳极电位的升高， 阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流 随之上升； 当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光 电子几乎全收集到阳极，再增加UAK时I不再变化， 光电流出现饱和，饱和光电流 IM 的大小与入射 光的强度P成正比。
三、实验仪器
普朗克常数测定仪
仪器由汞灯及电源、滤光片、光阑、光电管、测试 仪（含光电管电源和微电流放大器）构成，仪器结 构如图5所示
测试仪
汞灯电源
汞灯 图5
滤色片 光阑 仪器结构图
光电管
基座
滤色片：5片,透射波长365.0nm，404.7nm，435.8nm，546.1nm， 577.0nm 光 阑：3片，直径2mm，4mm，8mm
光电效应和普朗克常数的测定
实验十一光电效应和普朗克常数的测定实验背景：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溢出的现象。
光电效应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。
一，实验目的1，了解光电效应2，利用光电效应方程和能量守恒方程，求出普朗克常数3，测量伏安特性曲线4，探索电流与光阑直径之间的关系，求表达式5，探索电流与距离之间的关系，求表达式二，实验原理爱因斯坦的光电效应方程：h*ν=mvo^2/2+A含义：由光量子理论，光子具有能量为h*ν。
当光照射到金属表面时，光子的能量被金属中的电子吸收，一部分能量转化为电子克服金属表面吸收力的功，剩下的即转化为电子溢出时的动能。
即实现能量守恒。
如果外加一个反向电场，将会减弱电子运动的动能，当刚好相抵消时，回路中电流为零。
此时有eUo=m*v^2/2;代入上式中，有h*ν=e*Uo+A进行变换，得Uo=h/e*ν-C C为一个常数。
因此，只要求出Uo和ν的关系，求出斜线的斜率，即可知道普朗克常数。
三，实验仪器ZKY-GD-4型智能光电效应实验仪5个透射率分别为365.0nm 404.7nm 435.8nm 546.1nm 577.0nm 个盖子3个直径分别为2mm，4mm，8mm的光阑四，实验数据与数据处理1，测定截止电压UoL=400mm ；光阑孔径φ=4mm用MATLAB作截止电压Uo-频率λ图，并进行最小二乘法拟合：R-Square=99.95%，显然成线性关系，得斜率|k|=0.4099由公式：Uo=k*λ-A=h/e*λ-A得h=k*e其中e = 1.602176565(35)×10-19 J得实验值普朗克常量h=6.5673×10^（-34）J·s普朗克常数标准值：h=6.62606957(29)×10^（-34）J·s误差=0.6%2，伏安特性曲线测量L=400mm ；光阑孔径φ=4mm分别用五种滤光片，电压从0V-50V，每2V测量一次电流值使用MATLAB ，作出电流I 和电压U 的关系曲线：3，作出电流I 和光阑直径的曲线，并求出关系式选择波长405nm L=400mm U=20V作图并拟合：当方程形式为y=a*x^2+b时，R-square高达99.99%.即可认为完全符合这种方程形式。
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。
光电效应以及普朗克常数的测量
实验二十九 光电效应及普朗克常数的测量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。
普朗克常数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。
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。
作为第一个在历史上实验测得普朗克常数的物理实验，光电效应的意义是不言而喻的。
一、实验目的1． 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。
2． 测量普朗克常数h 。
二、实验仪器仪器由汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪（含光电管电源和微电流放大图1 仪器结构示意图1 2 3 4 5 6 7 8 91测试仪； 2光电管暗盒； 3光电管； 4光阑选择圈； 5滤色片选择器）构成，仪器结构如图1所示，测试仪的调节面板如图2所示。
汞灯：可用谱线、、、、、滤色片：5片，透射波长、、、、光阑：3片，直径分别为2mm、4mm、8mm光电管：阳极为镍圈，阴极为银-氧-钾（Ag-O-K），光谱响应范围320~700nm，暗电流：I≤2×10-13A（-2V≤U AK≤0V）光电管电源：2档，-2～0V，-2～＋30V，三位半数显，稳定度≤%微电流放大器：6档，10-8～10-13A，分辨率10-13A，三位半数显，稳定度≤%。
图2 测试仪面板图三、实验原理1、光电效应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，即E=h，当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。
大物C实验-光电效应
××大学学生实验报告姓名学号专业班级成绩教师签名【实验题目】光电效应及普朗克常数的测定【实验目的】1.了解光的量子性与光电效应的基本规律2.理解爱因斯坦的光电效应方程；3.测定光电管的截止电压与伏安特性曲线4.测定普朗克常数【仪器用具】普朗克常数实验仪（有手动和自动两种。
仪器由汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管，智能实验仪构成。
）【实验原理】1.光电效应现象在光的照射下，电子从金属表面即刻逸出的现象，叫光电效应。
2.光电效应实验规律（1）仅当V >V 0（截止频率）时才发生光电效应，截止频率与材料有关，但与入射光强无关。
（2）光电效应是瞬时效应。
当光照射到金属表面时，几乎立即就有光电子逸出。
（3）同一频率，饱和光电流强度Im 正比于入射光强P（4）对于不同频率的光，其截止电压的值不同。
（5）作截止电压U0与频率V的关系图如图所示U0与V成正比关系。
3.爱因斯坦对光电效应的解释频率为V的光以hv为能量单位的形势一分一分的向外辐射。
光电效应是具有能量hv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。
如果电子脱离金属表面耗费的能量为Ws的话，则由光电效出射电子的动能为k sE h Wν=-sWhm-=νυ221式中h为普克朗常数,V为入射光的频率,m为电子的质量，v为光电子逸出金属表面时的初速度，Ws为受光线照射的金属材料的逸出功(或功函数)。
5.普朗克常数测量原理sk WEh+=ν（1）交点法（零电流法）测截止电压（电子的动能) k0EeU=当阳极A与阴极K间加反向电压UAK时，光电子作减速运动。
若电压为U0时，电子刚好能达到阳极（2）截止频率测逸出功0KeU E=0()SoWh hUe e eννν=-=-K sh E Wν=+νhWS=斜率h/eV0斜率U02）测某条谱线在同一光阑，不同距离下的I ～UAK 和某条谱线在不同光阑，同一距离下的I ～UAK 与1）的方法类似，只是将改变滤光片改为改变距离或光阑，为避免数据溢出，需将“电流量程”适当调整。
光电效应及普朗克常数测定
THQPC－1型普朗克常数测定仪（光电效应实验仪）光电效应及普朗克常数测定前言量子论是近代物理的基础之一，而光电效应可以给量子论以直观、鲜明的物理图像，随着科学技术的发展，光电效应已广泛用于工农业生产、国防和许多科技领域。
普朗克常数（公认值h=6.62619×10-34J.s.）是自然科学中一个很重要的常数，它可以用光电效应法简单而又准确地求出，所以，进行光电效应实验并通过实验求取普朗克常数有助于学生理解量子理论和更好地认识h这个常数。
1887年H·赫兹在验证电磁波存在时意外发现，一束光照射到金属表面，会有电子从金属表面逸出，这个物理现象被称为光电效应。
1888年以后，W·哈耳瓦克期、A·T斯托列托夫、P·勒纳德等人对光电效应作了长时间地研究，并总结了光电效应的基本实验事实：（1）光电流与光强成正比；（2）光电效应存在一个截止频率，当入射光的频率低于某一阈值υ0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光，但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，停止光照，即无光电子产生。
一、实验目的1．通过对实验现象的观测与分析，了解光电效应的规律和光的量子性。
2．观测光电管的弱电流特性，找出不同光频率下的截止电压。
3．了解光的量子理论与波动理论，并验证爱因斯坦方程进而求出普朗克常数。
二、实验仪器1．THQPC-1型普朗克常数测定仪微电流测试仪；1THQPC－1型普朗克常数测定仪（光电效应实验仪）2．THQPC-1型普朗克常数测定仪测试台。
三、实验原理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，而是以hυ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hυ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。
实验讲义-光电效应和普朗克常数的测量
实验--光电效应和普朗克常数的测量1887年德国物理学家H.R.赫兹发现电火花间隙受到紫外线照射时会产生更强的电火花。
赫兹的论文《紫外光对放电的影响》发表在1887 年《物理学年鉴》上。
论文详细描述了他的发现。
赫兹的论文发表后，立即引起了广泛的反响，许多物理学家纷纷对此现象进行了研究，用紫外光或波长更短的X 光照射一些金属，都观察到金属表面有电子逸出的现象，称之为光电效应。
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，促进了光量子理论的建立和近代物理学的发展，现在光电效应以及根据光电效应制成的各种光电器件已被广泛地应用于工农业生产、科研和国防等各领域。
【实验目的】① 通过实验加深对光的量子性的认识；② 验证爱因斯坦方程，并测量普朗克常数以及阴极材料的“红限”频率。
【实验原理】一、光电效应及其实验规律当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应，所产生的电子称为光电子。
研究光电效应的实验装置如图4.3.1所示，入射光照射到阴极K 时，由光电效应产生的光电子以某一初动能飞出，光电子受电场力的作用向阳极A 迁移而构成光电流。
一定频率的光照射阴极K 所得到的光电流I 和两极间的电压U 的实验曲线如图4.3.2所示。
随着光电管两端电压的增大,光电流趋于一个饱和值m I ，当U ≤S U 时，光电流为零，S U 称为反向遏止电压。
总结所有的实验结果，光电效应的实验规律可归纳为：（1） 对于一种阴极材料，当照射光的频率确定时，饱和光电流m I 的大小与入射光的强度成正比。
kAGV入射光光电管 图4.3.1光电效应实验装置示意图 0US U图4.3.2 U ——I 特性曲线（2） 反向遏止电压S U 的物理含义是：当在光电管两端所加的反向电压为S U 时，则逸出金属电极K 后具有最大动能的电子也不能到达阳极A ，此时2max21mV eU S = （4.3.1） 实验得出光电子的初动能与入射光的强度无关，而只与入射光的频率有关。
光电效应及普朗克常数的测定
光电效应及普朗克常数的测定一、实验目的1. 通过光电效应基本特性曲线的测量，加深对光的量子性的理解。
2. 验证爱因斯坦光电效应方程，并测定普朗克常数。
二、实验原理1．光电效应及其实验规律光电效应:当光照射到金属表面时，金属中有电子逸出的现象。
研究原理图如图 4.5.1。
当单色光入射到光电管阴极K时，阴极上会有(光)电子逸出。
部分光电子会到达阳极A，形成光电流。
通过改变外电场的大小和方向，以及选择不同频率的单色光入射，得到光电效应的实验规律：1.1 饱和光电流与入射光强成正比。
如图 4.5.2；1.2 当入射光的频率v＜vo(截止频率)时，不论光的强度如何都没有光电子产生；1.3 光电子的初动能与入射光的频率成正比，与入射光强无关，；1.4 光电效应是瞬时发生的，与入射光强无关。
对于这些实验事实，经典的波动理论无法给出圆满的解释。
2．爱因斯坦光量子理论频率为v的光由能量为hv的粒子组成，这些粒子称为光子。
光入射到金属表面时，一个光子的能量通过碰撞立即被一个电子吸收，只要电子获得的能量足以克服金属对它的束缚能（即逸出功），即可瞬间产生光电效应。
根据能量转化与守恒定律，逸出电子的初动能与入射光频率和金属逸出功的关系为（4.5.1）(爱因斯坦光电效应方程)。
3．普朗克常数的测定U.如图4.5.2。
由（4.5.1）截止电压:使光电流为零而在光电管两端所加的反向电压S和截止电压与电子最大初动能的关系可得到截止电压与入射光频率的关系（4.5.2）显然，选择不同频率的光入射，测量相应的截止电压，得到两者的线性关系，由斜率和截距可得到普朗克常数和金属材料的逸出功。
4．截止电压的确定由于热电子发射、光电管极间漏电、本底电流及阳极产生的反向光电流等因素的影响，使实际测得的光电流曲线下移，故截止电压并非是电流为零时的电压，而是实测曲线两线性段之间的弯曲联接处，即截止电压对应的是曲线上反向电流部分斜率变化很大时的电压，如图4.5.3。
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。
光电效应及普朗克常数的测定--2014
数据及处理
四 不确定度的处理方法
在Excel中选：4个空格—fx—统计—Linest(双击) —分别在表格最上的1、 2两行中，填入原始数据；在3、4两行中，分别填入true、true— (Ctrl+Shift+Enter),则第二行第一个数据即为线性拟合不确定度.
0.00 5.000 -0.20 -0.40 -0.60 -0.80 -1.00 -1.20 -1.40 -1.60 -1.80 -2.00
4、实验中是如何验证爱因斯坦方程的？
答：作光电管的遏止电压与入射光的频率的关系曲线。如果它符合线性规律，
则实验验证了爱因斯坦方程。
5、怎样用拐点法确定截止电压?
答：测量光电管的伏安特性曲线，曲线上明显的拐点所对应的电压值就 是截止电压。
６、本实验是如何测量普朗克常数的？请简述设计思想。
答：通过测量某一频率光的伏安特性曲线，在曲线上找出其曲率半径最 大点所对应的电压值，这个电压称之为光电管的截止电压。改变不 同频率的光进行照射光电管，得到不同的截止电压，作光电管遏止 电压与入射光频率的关系曲线，其斜率乘以电子电荷量就等于普朗 克常数。
大学物理实验 P228
背景知识
“光电效应”是赫兹（H.R.Hertz）于1887年 意外发现的；后经多位科学家深入研究后，总结出 “光电效应实验规律”。 赫兹 1900年，普朗克（Planck1858—1947）为解释 “紫 外灾难”，提出了“能量子”假设【E=hv】。 爱因斯坦（Einstein1879—1955）提出的“光量子” 假说。由此圆满地解释了光电效应的各种实验规律。 10年后密立根（likan）实验中精确地测出 普朗克常数h=6.626×10-34J.S，并验证了爱因斯坦 坦爱 的光电效应方程，支持了爱因斯坦“光量子”假说。 因 斯
光电效应和普朗克常数的测定
填空题
1.光电效应的实验事实表明，对应于一定的辐射频率，有一电压 U0，当 UAK≦U0 时， 电流为零，U0 被称为 截止电压 。
2.光电效应的定律指出，照射光的频率与极间端电压 UAK 一定时， 饱和光电流 的 大小与入射光的强度成正比。
3.对于不同频率的光，其截止电压的值不同，截止电压与 入射光频率 成正比关 系。当入射光频率低于某极限值0（0 随不同阴极金属材料而异）时，不论光的强度 如何，照射时间多长，都没有光电流产生。0 称为 截止频率 。
1014
ｈ＝ｅｋ=1.602×10-19×0.413×1014 6.6161034 J.S
相对误差
| h h0
|
6.626 10 34
6.616 10 34
0.00151
0.15%
h
6.626 10 34
3）由 U0-ν 直线得截止频率
。 4.08 10 14 Hz
光电流与光阑孔径的关系曲线
80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
0
φ /mm
2）入射光强与光阑孔面积成正比，因此光电流与光阑孔面积成正比。
光阑孔面积 S/mm2
л
4л
16л
I（×10-10A）
8.0
16.5
68.7
I/（×10-10A）
R/
80.0
光电管的 I-P 曲线
3.根据你的测量数据，确定光电管阴极材料的电子逸出功 A？
根据
eU0 =h－A
A1=h-eU0=6.626×10-34×8.214×1014-1.602×10-19×1.750
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理学院物理实验教学中心
University of Jinan
实验原理 在光的照射下，电子从金属表面逸出的现象，叫光电效应。
光电效应的实验规律： ① 光电效应存在一个截止频率 v0，当 入射光的频率 v v0 时，不论光的强 度如 何都没有光电子产生； ② 光电子的初动能与光强无关，而与 入射光的频率成正比。 ③ 饱和光电流与入射光强成正比；
ss_shaomh@
经典的波动理论无法给出圆满的解释。 按光的波动理论，光的强度由光振动的振幅决定 ，光的强度与频率无关，因此不论频率如何，只要 照射时间长或光的强度大就可以产生光电效应。但 实验结果表明：产生光电效应的条件却是入射光频 率大于某一极限频率，与光强无关。 普朗克能量子假设
4
零电流法测普朗克常数:
-2~+2V 10-13A 电压调零、电流调零后重新接上； 调节反向电压，使电流为零！
ss_shaomh@
数据处理
1
伏安曲线测量:
整理表格，并将3条曲线在坐标纸上作图！
2
光电流与入射光强关系测量:
整理表格，并证明光强与光电流的正比关系！（作图法、比值法均可）
实验原理
爱因斯坦光电效应方程
1 h m 2 A 2
eU 0 1 mv 2 U0为反向截止电压 2
当光电流为零时：
eU 0 h A
用不同频率的单色光分别做光源时
eU 0 h A
ss_shaomh@
实验仪器
电流
电压
光源
光电管
ss_shaomh@
3
零电流法测普朗克常数:
坐标纸上作图！计算直线的斜率、普朗克常数以及相对误差！
E h测量 h0 h0 100 % %
4
思考题
为什么截至电压U为负值？
ss_shaomh@
注意事项
（注意：汞灯一旦开启，不要随意关闭） （注意：严禁让汞光不经过滤光片直接入射 光电管）
ss_shaomh@
000
000
ss_shaomh@
实验内容
所 有 读 数 必 须 稳 定 后 才 能 记 录 ！
2
伏安曲线测量:
改变电压 10-13A
365.0nm
435.8nm
578.0nmΒιβλιοθήκη 记录电流的变化！1
3
光电流与入射光强关系测量:
改变光阑孔径的大小
记录光电流的大小变化！
___应尽快增大量程
实验仪器
光电流输出
调节光阑孔径
电压输入
调节波长
ss_shaomh@
实验内容
1 测试前准备:
(1)盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光 电管与汞灯距离调整并保持在30cm， 接通测试仪及汞灯电源，预热约10min。
(2)测试仪调零：断开光电管连线! “电流量程”选择在10-13A档，旋转“电 流调零” 旋钮使“电流表”指示为零; “电压调节”旋钮调节至零！
1900年，普朗克假设物质辐射的能量是某一个 最小能量的整数倍，并引入了普朗克常数h。 爱因斯坦光电效应方程 1905年提出了光量子假说，即：一束光是一粒一 粒以光速C运动的粒子流，这些粒子称为光子，光子的 能量为E＝hv（h为普朗克常数，v为光的频率）。
M.普朗克
A.爱因斯坦
ss_shaomh@