普朗克常量测量(光电效应)

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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

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