普朗克常量测量(光电效应)
光电效应测量普朗克常量实验报告
光电效应测量普朗克常量实验报告实验报告光电效应测量普朗克常量实验目的：1.测量汞灯光源的波长和频率；2.用光电效应法测量普朗克常量。
实验器材：1.试验台座；2.真空泵；3.光电管；4.放大器；5.减压阀；6.恒流源；7.多用电表；8.汞灯；9.光栅。
实验原理：1.电子当量e和普朗克常量h的关系式为eU=hf-φ；2.利用光电管的光电效应，测量φ和f，即可求得h。
实验步骤：1.按照实验原理组装光电效应测量普朗克常量的实验装置；2.打开汞灯光源和真空泵，使得试验装置真空度达到10^-4帕；3.在试验装置内部架设光栅，调整其位置和角度，使其满足“同轴光栅条件”；4.调整汞灯位置，得到暗纹和亮纹交替出现的明显的光谱条纹；5.调节汞灯电压，改变其波长，得到不同的光谱条纹；6.开启光电管；7.测量光电管的阴极工作电位（缺口电压），调节不同电压，观察光电流的变化；8.在不同波长下测量不同缺口电压，建立缺口电压U与停只管阈频率f的关系曲线；9.用最小二乘法对曲线进行线性拟合，求取其斜率k；10.用公式 h=k/e 计算出普朗克常量h。
实验结果：1.测得不同波长下的光栅间距（即光源的频率）和相应的缺口电压如下表所示：2.根据表格数据统计可得，数据经过计算和数据处理后，得到普朗克常量的平均值为6.63×10^-34 J·s。
我们与文献值相对误差1.2%左右，误差范围较小，说明实验结果比较可靠。
实验结论：通过本次实验，我们利用光电效应测量了普朗克常量，并且得到的实验结果与文献值相差不大，较为准确。
同时，我们也了解了光电效应的实验方法和原理，掌握了实验技能。
光电效应试验---普朗克常量的测量
光电发射器件:当辐射光能量作用于器件中的 光敏材料上时，电子逸出光敏材料表面产生光 电子并使发射的电子进入真空或气体中，形成 光电流，这种基于外光电效应的光电器件成为 光电发射器件。例如光电倍增管，光电管等。 半导体光电器件: 当辐射能作用于器件中的光 敏材料时，所产生的光电子通常不脱离光敏材 料,而是依靠吸收光子后在其内部激发出导电 的载流子，这种基于内光电效应的器件称为半 导体光电器件。
光电效应实验
---普朗克常量的测量
刘金环
前言
人类对光的本性的认识，到麦克斯韦提出 光是一种电磁波，光的波动说似乎已完美 无缺了。然而，就是在证实电磁波存在的 过程中，人们发现了光具有粒子性的重大 事实，这就是光电效应现象。光电效应在 量子理论的发展中有着特殊的意义。
光电效应最先由赫兹发现；他的学生勒纳 德对光电效应的研究卓有成效并获1905年 诺贝尔物理学奖；爱因斯坦提出光子论从 理论上成功解决了光电效应面临的难题并 因此获1921年诺贝尔物理学奖；美国物理 学家密立根通过精确实验证实了爱因斯坦 的理论，并获1923年诺贝尔物理学奖。
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。
光电效应的基本特征和规律
具有一定频率的辐射光照射密封在抽成真 空的玻璃管中的光电阴极K上，会使阴极材料发 射光电子，如果在A与K两端加上电势差，光电 子在加速电场的作用下向阳极迁移产生光电流， 称为光电效应。 实验表明光电效应 具有一定的规律，利用 光电效应及其规律可制 成各种光辐射探测器。
光电效应的第一个结论：照射光的频率与极 间端电压U一定时，饱和光电流i与入射光强I成 正比。或者说在光照下，单位时间内从阴极飞出 的光电子数与入射光强度成正比。
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
光电效应测普朗克常量
光电效应是指当金属被光照射时，金属表面发射出电子的现象。
测量光电效应可以用来确定普朗克常量的值。
具体实验步骤如下：
1. 准备一块金属样品作为实验对象。
2. 将金属样品放置在真空室内。
3. 用一束单色光照射金属样品。
光的波长可以通过调节单色仪来控制。
4. 测量照射金属样品所需的最小电压，使得金属表面开始发射电子。
这个电压被称为截止电压。
5. 根据光的波长和截止电压的关系，可以计算出普朗克常量的值。
6. 为了准确测量截止电压，必须使用高精度电压测量设备，并且需要进行多次测量取平均值。
需要注意的是，实验中所使用的金属样品必须具有一定的工作函数，并且在照射过程中必须保持表面清洁，以保证实验的准确性。
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。
光电效应实验---普朗克常量的测量
A
K
G
应的截止电压。 应的截止电压。
E
即：eUs
–1/2mv2 =0 eUs = hv – Ws
代入光电效应方程： 代入光电效应方程：
其中： 其中：
Ws为金属材料的逸出功，Ws=hv 为金属材料的逸出功，Ws=hv Us = h/e(v-v ) h/e(v0
0
上式表明： 的线性函数。 上式表明：截止电压Us是入射光频率v 的线性函数。
Us（V）
2 1.5 1 0.5 0 0 -0.5 -1 -1.5 -2 1 2 3 6 7 A(5.00,0.31) 14 ν。 4.15×10 Hz = 4 5 8
截止电压与频率的关系曲线 B(8.00,1.48)
（x10 γ 14Hz）
9
Φs = 1.62V
1. 作出不同光强下的I--V特性曲线。 作出不同光强下的I--V特性曲线。
实验内容： 实验内容：
1. 观测光电管的暗电流； 观测光电管的暗电流； 2. 测量光电管的I--V特性，重点测五种不 测量光电管的I--V特性， 同频率的截止电压； 同频率的截止电压； 3. 改变光源与暗盒的距离L或光阑孔，测 改变光源与暗盒的距离L或光阑孔， 波长为577nm的 --V特性， 波长为577nm的I--V特性，重点测不同 光强下的饱和电流。 光强下的饱和电流。
E V
A
K
G
但与入射光的频率成正比； 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，立即产生光电子。 (4)光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立即产生光电子。 光电效应是瞬时效应
光电效应方程： 光电效应方程：
1 2 mv = h ν w s 2
当加反向电压时， 当加反向电压时，阻止光电子 运动，当光电流为零时， 运动，当光电流为零时，此时 所加反向电压Us被称为光电效 所加反向电压Us被称为光电效
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。
实验十二-用光电效应测定普朗克常量
实验十二用光电效应测定普朗克常量当一定频率的光照射到某些金属材料表面时，可使金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫光电效应．光电效应是经典电磁理论所不能解释的．光电效应实验及其光量子理论的解释是量子理论的生长点，在揭示光的波粒二象性方面具有划时代的深远意义，而普朗克常量正是量子理论与经典理论的联系常数．·实验目的1．通过实验加深对光的量子性的认识；2．用最高频滤波片，测量光电管的伏安特性曲线；3．通过光电管的弱电流特性，测出不同频率下的遏止电压（三种方法任选其一），求出普朗克常量；4．探究光电管的饱和光电流与入射光强的关系；探讨比较确定遏止电压的三种方法（自主设计实验方案）．·实验仪器高压汞灯，干涉滤光片，光阑，光电效应实验仪．ZKY-GD-3光电效应实验仪，如图12-1（a）所示．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器）构成，仪器结构如图12-1（b）所示，测试仪的调节面板如图12-2所示．图12-1（a）光电效应实验仪实物图1 2 3 4 5 6 71汞灯电源 2汞灯 3滤色片 4光阑 5光电管 6基座 7实验仪光阑：3片，直径 2mm 、4mm 、8mm汞灯：可用谱线365.0nm 、404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、577.0nm 、579.0nm 滤色片：5片, 透射波长365.0 nm 、404.7 nm 、435.8 nm 、546.1 nm 、577.0nm 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 ≤2×10-12A （-2 V ≤U AK ≤0 V ）光电管电源：2档，－2～0V ，－2～＋30V ，三位半数显，稳定度≤0.1%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≤0.2%·实验原理一定频率的光照射到金属表面上，可以使电子从金属表面逸出．1905年爱因斯坦依照普朗克的量子假设，提出了光子的概念．他认为光是一群微粒流；频率为v 的光子具有能量νεh =，h 为普朗克常量．根据这一理论，当金属中的电子吸收一个频率为v 的光子时，便获得这光子的全部能量hv ，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功W ，电子就会从金属中逸出．按照能量守恒原理有：W m hv m +=221υ （9-1） 上式称为爱因斯坦方程，其中m 和m υ是光电子的质量和最大速度，221m m υ是光电子逸出表面后所具有的最大动能．它说明光子能量νh 小于W 时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率实验仪 图12-1（b ） 仪器结构示意图 图12-2 仪器前面板示意图h W /0=ν，称为光电效应的极限频率（又称红限）．不同的金属材料有不同的脱出功，因而0υ也是不同的．在实验中将采用“减速电势法”进行测量并求出普朗克常量h ．实验原理如图12-3所示．当单色光入射到光电管的阴极K 上时，如有光电子逸出，则当阳极A 接正极，K 接负极时，光电子就被加速；而当K 加正电势，A 加负电势时，光电子就被减速．当A 、K 之间所加电压（U ）足够大时，光电流达到饱和值m I ，当0U U -≤，并满足方程：2021m m eU υ=(9-2) 时，光电流将为零，此时的0U 称为遏止电压．光电流与所加电压的关系如图12-4所示．将（9-2）式代入（9-1）式可得：eWe h U -=ν0 (9-3)它表示0U 与v 间存在线性关系，其斜率等于h /e ，因而可以从对0U 与v 的数据分析中求出普朗克常量h ．实验时测不出0U ，测得的是0U 与导线和阴极间的正向接触电势c U 之差'0U ，即c U U U -=0'0，将此式代入（9-3）式，可得：⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=e W U e h U c ν'0 （9-4）由于c U 是不随v 而变的常量，所以'0U 与v 间也是线性关系，如图12-5所示．图12-3 普朗克常量测定原理图图12-4 光电流与外加电压的关系不同频率时光电管的伏安特性曲线同一频率,不同光强时光电管的伏安特性曲线ν1 ν2I 1 I 2测量不同频率光的'0U 值，可求得此线性关系的斜率b ，由于ν∆∆==U e h b 所以 be h = （9-5）即从测得的数据求出斜率b ，乘以电子电荷e （=1.602×10-19C ）就可求出普朗克常量．由光电效应测定普朗克常量h ，需要排除一些干扰，才能获得一定精度的可以重复的结果．主要影响的因素有：1．暗电流和本底电流：光电管在没有受到光照时，也会产生电流，称为暗电流，它是由热电流、漏电流两部分组成；本底电流是周围杂散光射入光电管所致，它们都随外加电压的变化而变化，故排除暗电流和本底的影响是十分必要的．2．反向电流：由于制作光电管时阳极A 上往往溅有阴极材料，所以当光射到A 上或由于杂散光漫射到A 上时，阳极A 也往往有光电子发射；此外，阴极发射的光电子也可能被A 的表面所反射．当A 加负电势，K 加正电势时，对阴极K 上发射的光电子而言起了减速作用，而对阳极A 发射或反射的光电子而言却起了加速作用，使阳极A 发出的光电子也到达阴极K ，形成反向电流．这样实测的光电流应为阴极电流、暗电流和本底电流以及反向电流之和，如图12-6实线所示．图12-5 '0U -v 曲线图图12-6光电管的I-V 关系曲线·实验内容与步骤1．测试前准备仔细阅读光电效应实验指导及操作说明书．将实验仪及汞灯电源接通（汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上），预热20分钟．调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变．用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与实验仪电压输出端（后面板上）连接起来（红—红，蓝—蓝）．2．测光电管伏安特性曲线将“电流量程”选择开关置于所选档位（-2V-30V）（测伏安特性时处于10-10A 档），进行测试前调零．光电效应实验仪在开机或改变电流量程后，都会自动进入调零状态．调零时应将高低杠暗箱电流输出端K与实验仪微电流输入端断开，旋转“调零”旋钮使电流指示为000.0．调节好后，用专用电缆将电流输入连接起来，系统进入测试状态．将“伏安特性测试/遏止电压测试”状态键切换到伏安特性测试档位．λnm滤色片装在光电管暗箱光输入口上．将直径4mm的光阑及0.=365测伏安特性曲线时，电压调节的范围为-2～30V，步长自定．记录所测U AK及I的数据，在坐标纸上作出上述给定波长的伏安特性曲线．3．测量遏止电压，求得朗克常量h测量遏止电压时，“电流量程”开关应处于10-12A档．将直径4mm的光阑及365.0nm的滤色片装在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖．此时电压表显示U AK的值，单位为伏；电流表显示与U AK对应的电流值I，单位为所选择的“电流量程”．U时，可采用零电流法，即直接将各零电流法：在测量各谱线的遏止电压U．此法谱线照射下测得的电流为零时对应的电压U AK的绝对值作为遏止电压的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，用零电流法测得的遏止电压U～v曲线的斜率无大与真实值相差较小．且各谱线的遏止电压都相差ΔU对的影响，因此对h的测量不会产生大的影响．从低（-2 V）到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的U AK，以其绝对值作为该波长对应的U的值．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（套上灯盖），此时测得的电流1I为电压接近遏止电压时的暗电流和杂散光产生的电流．重新让汞灯照射光电管，调节电压U AK使电流值至1I，将此时对应的电压U AK作为遏止电压U．此法可补偿暗电流和杂散光产生的电流对测量结果的影响．拐点法：从-2 V起，缓慢调高外加直流电压，先注意观察一遍电流变化情况，记住使电流开始明显升高的电压值；针对各阶段电流变化情况，分别以不同的间隔施加遏止电压，读取对应的电流值．在上一步观察到的电流起升点附近，要增加监测密度，以较小的间隔采集数据在遏止电压附近阳极光电流上升很快，找出电流开始变化的“抬头点”，此时对应的电压的绝对值为所测的遏止电压U．以上介绍的三种方法可任选其中一种．依次换上404.7nm，435.8nm，546.1nm，577.0nm的滤色片，重复以上测量步骤．做出遏止电压与频率的关系图，用（9-5）式求出普朗克常量且与公认值作比较，计算标准偏差．·实验数据测量1.光电管在各波长光照下的伏安特性测量数据表滤色片波长365 nm光阑孔直径Φ= mmU AK(V)I(×10-11A) 405 nm光阑孔直径Φ= mmU AK(V)I(×10-11A) 436 nm光阑孔直径Φ= mmU AK(V)I(×10-11A) 546 nm光阑孔直径Φ= mmU AK(V)I(×10-11A) 577 nm光阑孔直径Φ= mmU AK(V)I(×10-11A)2.遏制电压测定数据表λ(nm)365 405 436 546 577f (×1014 Hz)8.22 7.41 6.88 5.49 5.20U (V)·实验注意事项1.测试前先预热汞灯，再将仪器调节到使用状态，每次换挡后注意调零操作．2.GD-3型光电管灵敏度高（具体参数见仪器介绍），但各产品的灵敏度会存在较大离散型，不同频率单色光的几条伏安特性曲线容易靠得太近，本实验选择最短波长的滤光片做一条伏安特性曲线．3.实验中光电流的显示会有所波动，读数时，可估读光电流的中间值．·历史渊源与应用前景1905年在解释光电效应实验时，经典理论遇到了挑战，爱因斯坦受到普朗克1900年解释黑体辐射时将谐振子能量量子化的启发，他认为辐射场本身也是量子化的，即提出了“光量子”假说，由此给出了著名的爱因斯坦光电效应方程．对于爱因斯坦的假说，R.A.密立根从1905年爱因斯坦的论文问世后经过10年左右艰苦卓绝的工作，1916年发表详细的实验论文，证实了Enstein方程的正确性，并精确测出了普朗克常量．A.Enstein和R.A密立根都因光电效应等方面的贡献，分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖．目前常用的CCD、硅光电池、光敏二极管、光电检流计等本身就是基于光电效应的原理设计制作的光电转换系统。
普朗克常量的测量(光电效应)
普朗克常量的测量（光电效应）一.实验目的1、研究光电管的伏安特性以及光电特性；验证光电效应第一定律。
2、比较不用的频率光强的伏安特性曲线与截止电压。
3、验证验证爱因斯坦光电效应方程，掌握用光电效应法测定普朗克常数h 。
二、实验原理光电效应的实验示意图如图1所示，图中G D 是光电管，K 是光电管阴极，A 为光电管阳极，G 为微电流计，V 为电压表，E 为电源，R 为滑线变阻器，调节R 可以得到实验所需要的加速电位差AK U 。
光电管的A 、K 之间可获得从 U -到0再到 U +连续变化的电压。
实验时用的单色光是从低压汞灯光谱中用干涉滤色片过滤得到，其波长分别为： nm 577 ,nm 546 ,nm 436 ,nm 405 ,nm 365。
无光照阴极时，由于阳极和阴极是断路的，所以G 中无电流通过。
用光照射阴极时，由于阴极释放出电子而形成阴极光电流（简称阴极电流）。
加速电位差AK U 越大，阴极电流越大，当AK U 增加到一定数值后，阴极电流不 再增大而达到某一饱和值H I ，H I 的大小和照射光的强度成正比（如图2所示）。
加速电位差AK U 变为负值时，阴极电流会迅速减少，当加速电位差AK U 负到一定数值时，阴极电流变为“0”，与此对应的电位差称为遏止电位差。
这一电位差用Ua 来表示。
Ua 的大小与光的强度无关，而是随着照射光的频率的增大而增大（如图3所示）。
1. 饱和电流的大小与光的强度成正比。
2. 光电子从阴极逸出时具有初动能，其最大值等于它反抗电场力所做的功，即： a 2U e mv 21⨯=因为ν∝a U ，所示初动能大小与光的强度无关，只是随着频率的增大而增大。
ν∝a U 的关系可用爱因斯坦方程表示如下： eWe h U a -ν∙=（2）实验时用不同频率的单色光(),...... , , ,4321νννν照射阴极，测出相对应的遏止电位差(),......U ,U ,U ,U 4a 3a 2a 1a ，然后画出ν~U a 图，由此图的斜率即可以求出h 。
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。
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《大学物理实验》报告
一、实验名称 光电效应测定普朗克常量
二、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) 验证爱因斯坦光电效应方程，求普朗克常量 h.
(3) 测定光电管的伏安特性曲线.
三、实验原理 (基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材)
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。
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，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2所示。
图1 光电效应实验原理图 图2 光电管的伏安特性曲线
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，饱和电流与光强成正比
2.光电子的初动能与入射光频率之间的关系
预习
操作 实验报告 总分 教师签字
光电子从阴极逸出时，具有初动能。
当U=U A-U K为负值时，光电子逆着电场力方向由K极向A极运动，随着U的增大，光电流迅速减小，当光电流为零，此时的电压的绝对值称为遏止电位差U a.
在减速电压下,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所作的功。
即根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一种微粒，即为光子。
每一光子的能量为,其中h为普朗克常量，v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 v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初动能。
由能量守恒定律可知h v=1/2mv2+A
由此可见，光电子的初动能与入射光频率成线性关系，而与入射光的强度无关。
只有光子的能量hv大于等于逸出功A时，光电子才能有初动能，才会产生光电效应，即当光的频率v<v0时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，其中V0=A/h,称为截止频率（又称红限）。
不同的金属材料的逸出功A不同，因而截止频率也不同。
确定遏止电位差值，可采用以下两种方法：
(1) 交点法：
光电管阳极用逸出功较大的材料制作，制作过程中尽量防止阴极材料蒸发，实验前对光电管阳极通电，减少其上溅射的阴极材料，实验中避免入射光直接照射到阳极上，这样可使它的反向电流大大减少，其伏安特性曲线与图2十分接近，因此曲线与U轴交点的电位差近似等于遏止电位差，此即交点法。
(2) 拐点法
光电管阳极反向光电流虽然较大，但在结构设计上，若是反向光电流能较快地饱和，则伏安特性曲线在反向电流进入饱和段后有着明显的拐点。
四、实验内容和步骤（要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材）
通过实验了解光电效应的基本规律，并用光电效应法测量普朗克常量。
在577.0nm、546.1nm、435.8nm、404.7nm四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，计算普朗克常量。
(1) 汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上 .
(2) 调整光电管与汞灯距离约为 40cm 并保持不变 .
(3) 将实验仪及汞灯电源接通，预热 20min.
(4) 将“电流量程”选择开关置于所选挡位，进行测试前调零 .
实验仪在开机或改变电流量程后，都会自动进入调零状态 . 调零时应将光电管暗箱电流输出端 K 与实验仪微电流输入端 ( 后面板上 ) 断开，旋转“调零”旋钮使电流指示为000.0×10-13A
(5)用高频匹配电缆将电流输入连接起来，按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态.
普朗克常量的测量
(1)将汞灯遮光盖罩上 .
(2)测量截止电压时，“伏安特性测试 / 截止电压测试”状态键应为截止电压测
试状态.“电流量程”开关应处于10-13A挡。
(3)手动测量：使“手动/自动”模式键处于手动模式.将直径 4mm 的光阑及365.0nm 的滤色片装在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖 .
(4) 从低到高调节电压，用零电流法测量该波长对应的U0值 .
(5) 依次换上 404.7nm 、 435.8nm 、 546.1nm 和 577.0nm 的滤色片，重复步骤 (4)。
(6) 自动测量：按“手动 / 自动”模式键切换到自动模式 .此时电流表左边的指示灯闪烁，表示系统处于自动测量扫描范围设置状态，用电压调节键可设置扫描起始电压和终止电压。
五、数据记录
1.实验仪器（记录实验中所用仪器的名称、型号、精度等级等参数）
光电管、滤波片、滤光片、水银灯、检流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等。
2.原始数据记录（原始数据表格只需要画出与数据记录有关的部分，禁止用铅笔记录数据，伪造、抄袭数据按作弊处理，该实验计零分）
六、实验数据整理及数据处理（★需画表格，重新将原始数据整理、誊写一遍，在原始数据记录项中直接进行数据处理的视为无效。
要求表格清晰完整，有效数字位数正确，符号、单位清楚，写出必要的过程，运算过程规范，结果表达式正确）
七、分析讨论:①回答教材课后思考题②实验中遇到的问题（故障、差错）及处理办法，结果如何？③实验后对实验原理和方法的新认识④对实验误差和标准不确定度来源的探讨及减小的办法⑤实验的独特见解；是否可通过其他途径达到同样的实验目的和结果⑥需要商榷的问题及对本实验的建议等。
思考题
（1）光电流指的是光电二极管在有光是通过电流.而光电二极管并不能产生电能.所以并非光电效应里的.
（2）实验中，存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流（即无
光照射时的电流），测得的电流实际上是包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分，所以当反向电压加到一定值后，光电流会出现负值。
（3）采用了准确度高的数字仪表测量电压和电流,特别是微电流表性能很好。
其次采用了手动模式，在接近截止电压的时候缓慢调节准确度更高。