光电效应实验
光电效应(包含实验报告和数据处理)
北京科技大学实验报告光电效应实验原理：原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光电流。
改变外加电压V AK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管得伏安特性曲线。
1）对于某一频率，光电效应I-V AK关系如图所示。
从图中可见，对于一定频率，有一电压V0，当V AK≤V0时，电流为0，这个电压V0叫做截止电压。
2)当V AK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度成正比。
3）对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图：4)对于截止频率V0与频率的关系图如下所示。
V0与成正比关系。
当入射光的频率低于某极限值时，不论发光强度如何大、照射时间如何长，都没有光电流产生。
5）光电流效应是瞬时效应。
即使光电流的发光强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过的时间之多为10-9s的数量级。
实验内容及测量：1将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。
从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的V AK值，以其绝对值作为该波长对应的值，测量数据如下：波长/nm365404.7435.8546.1577频率/8.2147.408 6.897 5.49 5.196截止电压/V 1.679 1.335 1.1070.5570.434频率和截止电压的变化关系如图所示：由图可知：直线的方程是:y=0.4098x-1.6988所以:h/e=0.4098×,当y=0，即时，，即该金属的截止频率为。
也就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。
根据线性回归理论：可得：k=0.40975，与EXCEL给出的直线斜率相同。
我们知道普朗克常量,所以，相对误差：2测量光电管的伏安特性曲线1）用435.8nm的滤色片和4mm的光阑实验数据如下表所示：435.8nm4mm光阑I-V AK的关系V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I 0.040 1.90.858 4.2 2.3009.3 6.60019.512.00027.322.00035.8 0.089 2.10.935 4.4 2.50010 6.80019.912.50027.722.70036.2 0.151 2.3 1.096 4.9 2.70010.67.20020.513.00028.324.10037 0.211 2.4 1.208 5.3 2.90011.17.80021.514.20029.425.70037.9 0.340 2.7 1.325 5.6 3.200128.7002315.00030.126.80038.30.395 2.9 1.468 6.1 3.80013.99.10023.616.10031.127.50038.7 0.470 3.1 1.637 6.7 4.20014.89.80024.616.60031.629.50039.5 0.561 3.3 1.7797.2 4.90016.410.20025.117.50032.330.90040.1 0.656 3.6 1.9307.8 5.40017.410.70025.818.600330.725 3.8 2.0008.3 6.10018.711.10026.319.60033.72）用546.1nm的滤光片和4mm的光阑数据如下表所示：546.1nm4mm光阑I-V AK的关系V AK I V AK I V AK I V AK I0.3 1.3 5.99.113.213.023.815.91.02.6 6.89.814.113.325.316.11.4 3.47.610.415.113.726.416.51.8 4.18.210.816.114.027.216.62.2 4.98.811.117.114.228.016.72.8 5.79.811.617.814.428.916.73.2 6.310.011.918.914.729.716.83.97.111.412.319.714.930.716.94.37.612.112.620.115.031.217.04.98.212.712.920.915.2作两种情况下，光电管得伏安特性曲线：Z实验4.3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。
光与电：光电效应实验教案
光与电——光电效应实验教案一、教学目标1. 让学生了解光电效应的定义、产生条件和实验现象。
2. 让学生掌握光电效应方程，并能够运用到实际问题中。
3. 培养学生运用实验方法研究物理问题的能力，提高学生的实验技能。
二、教学内容1. 光电效应的定义2. 光电效应的产生条件3. 光电效应实验现象4. 光电效应方程5. 光电效应的应用三、教学重点与难点1. 教学重点：光电效应的产生条件、光电效应方程及其应用。
2. 教学难点：光电效应方程的推导和应用。
四、教学方法1. 采用讲授法，讲解光电效应的基本概念、产生条件和实验现象。
2. 采用实验法，让学生进行光电效应实验，观察实验现象，培养学生的实验技能。
3. 采用问题驱动法，引导学生思考光电效应的应用，提高学生的解决问题的能力。
五、教学过程1. 引入新课：通过讲解光电效应的发现史，引发学生对光电效应的兴趣。
2. 讲解光电效应的基本概念：光电效应的定义、产生条件和实验现象。
3. 推导光电效应方程：引导学生通过实验数据，推导出光电效应方程。
4. 讲解光电效应的应用：介绍光电效应在现代科技领域中的应用。
5. 课堂小结：总结本节课的主要内容，强调光电效应的产生条件和方程的重要性。
6. 布置作业：让学生运用光电效应方程解决实际问题，巩固所学知识。
六、教学活动1. 光电效应实验演示：教师进行光电效应实验的演示，让学生直观地观察实验现象。
2. 学生分组实验：学生分组进行光电效应实验，亲自动手操作，观察实验现象，记录数据。
3. 数据分析：学生根据实验数据，分析光电效应的产生条件和规律。
七、教学评估1. 课堂提问：教师通过提问的方式，了解学生对光电效应的理解程度。
2. 实验报告：学生提交光电效应实验报告，评估学生的实验操作能力和数据分析能力。
3. 作业完成情况：检查学生对光电效应方程应用的掌握程度。
八、教学拓展1. 光电效应与光的波粒二象性的关系：引导学生思考光电效应与光的波粒二象性之间的联系。
光电效应实验报告
一、 引言当光束照射到金属表面时，会有电子从金属表面逸出，这种现象被称之为“光电效应”。
对于光电效应的研究，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。
现在观点效应以及基于其理论所制成的各种光学器件已经广泛用于我们的生产生活、科研、国防军事等领域。
所以在本实验中，我们利用光电效应测试仪对爱因斯坦的方程进行验证，并且测出普朗克常量，了解并用实验证实光电效应的各种实验规律，加深对光的粒子性的认识。
二、 实验原理1. 光电效应就是在光的照射下，某些物质内部的电子背光激发出来形成电流的现象；量子性则是源于电磁波的发射和吸收不连续而是一份一份地进行，每一份能量称之为一个能量子，等于普朗克常数乘以辐射电磁波的频率，即E=h*f （f表示光子的频率）。
2. 本实验的实验原理图如右图所示，用光强度为P 的单色光照射光电管阴极K,阴极释放出的电子在电源产生的电场的作用下加速向A 移动，在回路中形成光电流，光电效应有以下实验规律；1) 在光强P 一定时，随着U 的增大，光电流逐渐增大到饱和，饱和电流与入射光强成正比。
2) 在光电管两端加反向电压是，光电流变小，在理想状态下，光电流减小到零时说明电子无法打到A,此时eUo=1/2mv^2。
3) 改变入射光频率f 时，截止电压Uo 也随之改变，Uo 与f 成线性关系，并且存在一个截止频率fo,只有当f>fo 时,光电效应才可能发生，对应波长称之为截止波长（红限），截止频率还与fo 有关。
4) 爱因斯坦的光电效应方程：hf=1/2m(Vm)^2+W,其中W 为电子脱离金属所需要的功，即逸出功，与2)中方程联立得：Uo=hf/e – W/e 。
光电效应原理图3.光阑：光具组件中光学元件的边缘、框架或特别设置的带孔屏障称为光阑，光学系统中能够限制成像大小或成像空间范围的元件。
简单地说光阑就是控制光束通过多少的设备。
主要用于调节通过的光束的强弱和照明范围。
光电效应实验
A
阳极
V
K
阴极
创新微课
G
光电效应实验
创新微课
2. 存在遏止电压和截止频率
当所加电压U = 0 时，电流I ≠ 0，
因为电子有初速度，会飞到阳极A。
在两极间加上反向电压，如图所示。 光电子所受电场力方向与光电子速
度方向相反，光电1子做减速运动。
若
最大初动能
1 2
me
2 c
eUc
则 I = 0，式中 Uc 为遏止电压
实验结果：即使入射光的强 度非常微弱，只要入射光频率大 于被照金属的极限频率，电流表
指针也几乎是随着1入射光照射就
立即偏转。 更精确的研究推知，光电子
发射所经过的时间不超过10─9 s 即 光电效应几乎是瞬时发生的。
光电效应在极短的时间内完成！
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光电效应实验
创新微课
勒纳德等人通过实验得出以下结论:
逸出的电子称为光电子。 光电子定向移1动形成的电流叫光电流。
光电效应实验
二、光电效应管实验规律
1. 存在饱和电流
光照不变，增大 UAK，电流表G 中电流达到某一值后不再增大， 即达到饱和值。 因为在光照条件一定时，K 发射
的光电子数目一定。电1压增加到
一定值时，所有光电子都被阳极 A吸收。
实验表明：入射光越强，饱和电 流越大，单位时间内发射的光电 子数越多。
1. 对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大 于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光 电效应；
2. 当入射光的1频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；
3. 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频 率增大而增大； 4. 入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超 过 10─9 s。
光电效应实验
光电效应光电效应当光束照射到某些金属外表上时, 会有电子从金属外表即刻逸出,这种现象称为“光电效应”。
1905年爱因斯坦圆满地解释了光电效应的实验现象，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,爱因斯坦因此获得了1921年的诺贝尔奖。
现在利用光电效应制成的各种光电器件(如光电管、光电倍增管、夜视仪等)已经被广泛应用于工农业生产、科研和国防等领域。
[实验目的]1.加深对光的量子性的认识;2.验证爱因斯坦方程,测定普朗克常数;3.测定光电管的伏安特性曲线。
[ 实验原理]当一定频率的光照射到某些金属外表上时, 可以使电子从金属外表逸出,这种现象称为光电效应。
所产生的电子, 称为光电子。
根据爱因斯坦的光电效应方程有hν=1/2 mv m2+ W (1)是光电子的质量和最大速度,W为电子摆脱金属外表其中ν为光的频率,h为普朗克常数,m和vm的约束所需要的逸出功。
按照爱因斯坦的光量子理论:频率为ν的光子具有能量hν,当金属中的电子吸收一个频率为ν的光子时,便获得这个光子的全部能量。
如果光子的能量hν大于电子摆脱金属外表的约束所需要的逸出功W,电子就会从金属中逸出,1/2mv是光电子逸出外表后所具有的最大动能;光m子能量 hν小于W时,电子不能逸出金属外表,因而没有光电效应产生。
能产生光电效应的入射光最低频率ν,称为光电效应的截止(或极限)频率。
由方程(1)可得=W/h (2)v也是不同的。
不同的金属材料有不同的逸出功, 因而ν利用光电管可以进行研究光电效应规律、测量普朗克常数的实验,实验原理可参考图1。
图中K为光电管的阴极,A为阳极,微安表用于测量微小的光电流, 电压表用于测量光电管两极间的电压,E为电源,R提供的分压可以改变光电管两极间的电势差。
单色光照射到光电管的阴极K上产生光电效应时,逸出的光电子在电场的作用下由阴极向阳极运动,并且在回路中形成光电流。
当阳极A电势为正,阴极K电势为负时,光电子被加速。
光电效应实验报告
光电效应实验报告实验目的：通过实验观察光电效应的现象，探究光电效应的产生原因和机理，验证经典物理及量子物理对光电效应的解释。
同时，通过实验手段，训练学生的实验操作能力与科学思维能力。
实验原理：光电效应是指当光子入射到金属时，金属中的自由电子会被激发出来，从而发生电流现象。
其中，光子是电磁波的微粒子化现象，具有能量和动量，而激发出自由电子的能力与入射光子的能量有关。
根据光电效应的机理，我们可以得出以下公式：Kmax=hv-φ其中，Kmax为光电子的最大动能，h为普朗克常量，v为入射光的频率，φ为金属的逸出功。
根据公式，我们可以了解到光电子的最大动能与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关。
实验步骤：1.搭建光电效应实验仪器2.调节透镜、连续可调滤色片和光电倍增管位置，使入射光能通过透镜，经过连续可调滤色片调节光强和颜色，照在光电倍增管的光阑上；3.调节负电压源，调整阴极电位和光电倍增管的一级电压，使阴极处处于负电荷状态，光电倍增管处于正电荷状态；4.调节连续可调滤色片，找到满足当前阴极电流和电压的最小光强，记录下来；5.逐步增加入射光的频率，记录光电流的变化。
实验结果：在实验过程中，我们得出了以下数据：阴极电压为2.5V时，光强为7.0*10^-5W/cm^2时，光电流为0.38nA；光强为1.0*10^-4W/cm^2时，光电流为0.48nA；光强为1.5*10^-4W/cm^2时，光电流为0.53nA。
通过测量数据，我们得到的斜率为 4.5*10^-6A/V，截距为0.302nA。
利用公式，我们可以算出入射光的波长λ：Kmax=hv-φ，得到v=h/λ，代入得到λ=4.11*10^-7m。
实验分析：通过实验数据，我们可以了解到光电流与入射光的强度和频率有关。
随着入射光的频率增加，光电流也随之增加，但是入射光的强度对光电流的影响却不是很明显。
这符合光电效应的机理，也验证了经典物理及量子物理的解释。
光电效应实验总结和结论
光电效应实验总结和结论光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会发生电子的发射现象。
这一现象被广泛应用于光电器件和光电技术领域。
本文通过进行光电效应实验，总结和得出结论。
实验过程中，我们使用了一个光电效应实验装置，包括光源、金属阴极、电流计和电压源等。
首先，我们将金属阴极与电路连接，让电流计能够检测到阴极上的电流变化。
然后，我们调节光源的光强和电压源的电压，观察阴极上的电流变化情况。
在实验中，我们发现以下几个重要现象和结论：1. 光电流与光强正相关：随着光强的增加，阴极上的光电流也随之增加。
这是因为光强越大，光子的能量越高，对金属阴极上的电子产生的动能也越大，从而使光电流增加。
2. 光电流与光频率正相关：光电流随光频率的增加而增加。
光子的能量与光频率成正比，因此高频率的光子能够给金属阴极上的电子带来更大的动能，从而使光电流增加。
3. 光电流与阴极材料有关：不同的金属材料对光电效应的响应不同。
例如，钠金属对紫外光有很高的响应度，而铜对紫外光的响应度则较低。
这是因为不同金属的功函数不同，功函数越小，对光的敏感度越高，光电流越大。
4. 光电流与电压关系：在一定的光强和光频率条件下，阴极上的光电流随着电压的增加而逐渐饱和。
这是因为当电压增加到一定程度时，电场强度足够大，能够将光电子从金属阴极上加速到足够远的地方，使其不再返回阴极，从而使光电流饱和。
光电效应实验结果表明，光强、光频率、阴极材料和电压等因素对光电效应有重要影响。
通过调节这些参数，我们可以控制和优化光电器件的性能。
此外，这些实验结果也验证了光电效应理论的正确性，为光电技术的应用提供了实验依据。
光电效应的应用非常广泛，例如太阳能电池、光电倍增管和光电导等器件都基于光电效应原理。
通过对光电效应的研究和实验，我们可以更好地理解和掌握光电技术，为人类社会的发展和进步做出贡献。
实验四光电效应
图2光电流与入射光强度的关系实验四 光 电 效 应在物理学史上,光电效应现象的发现,对光的本性------波粒二象性的认识,具有极为重要的意义，它给量子论以直观，明确的论证.光电效应有助于学习和理解量子理论。
【实验目的】1、 了解光的量子性，光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。
2、 验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常数h 。
3、 学习作图法处理数据。
【实验仪器】1、 光源用高压汞灯做光源，配以专用镇流器，光谱范围为320.3nm~872.0nm 可用谱线为365.0nm 、404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、577.0nm 共五条强线谱线。
2、 滤光片滤光片的主要指标时半宽度和透过率。
透过某种谱线的滤光片不允许其附近的谱线透过（我们精心设计制作了一组高性能的滤光片，保证了在测量某一谱显时无其他谱线干扰，避免了谱线相互干扰带来的测量误差）。
高压汞灯发出的可见光中，强度较大的谱线有5条，仪器配以相应的5种滤光片。
3、光电管暗盒采用测h 专用光电管，由于采用了特殊结构，使光不能直接照射到阳极，由阴极发射照到阳极的光也很少，加上采用新型的阴、阳极材料及制造工艺，使得阳极反向电流大大降低，暗电流也很低（≤2×10-12A ）。
4、微电流测量仪在微电流测量中采用了高精度集成电路构成电流放大器，对测量回路而言，放大器近似于理想电流表，对测量回路无影响，使测量仪具有高灵敏度（电流测量范围10-18~10-13A ）搞稳定性（零漂小于满刻度的0.2%），从而使测量精度、准确度大大提高。
测量结果由三位半LED 显示。
5、 光电管工作电源普朗克常数测量仪提供了两组光电管工作电源（-2~+2V,-2~+30V ），连续可调，精度为0.1%,最小分辨率为0.01伏，电压值由三位半LED 数显。
【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，由于阴极与阳极是断路，所以检流计G 中无电流通过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K 上时，将形成光电流，光电流随加速电位差U 变化的伏安特性曲线如图2所示。
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物理实验中心
五、数据记录表格
1、测绘光电管的光谱特性曲线US～υ数据记录表
波长λi(nm) 频率υi(×1014HZ) 截止电压US(V) 备注
365.0(紫外线) 404.7(紫光) 435.8(蓝光) 546.1(绿光) 577.0(黄光)
8.214
7.408
6.879
5.490
5.196
入射距离L=400mm，光栏孔φ=4mm，电流档位×10-13A
4、择压：
选择电压量程(测截止电压时把“电源转换”按钮按下； 测伏安特性时把“电源转换”按钮松开)
5、选程：
选择电流量程(测截止电压时把“电流量程”旋钮调到10-13 档位；测伏安特性时把“电流量程”旋钮调到10-10档位)
物理实验中心
六、实验步骤
6、调零：
调整“电压粗调”与“电压细调”旋钮，使电压表显示0， 再调整“调零”旋钮，使电流表显示0
··· 24.0 25.0 26.0 27.0
物理实验中心
物理实验中心
六、实验步骤
1、接线：
用专用电流信号线与导线把主机与光电管联接好
2、预热：
打开汞灯与主机电源开关，对汞灯及主机进行预热
3、挡光：
把滤色片调到0挡光位，用遮光盖盖住滤色片及汞灯的发 光孔，再把光栏调到4mm，光的入射距离调到400mm
16
物理实验中心
七、注意事项
1、操作过程中随时把滤色片转盘放到0挡光位 2、实验时避免背景光的强烈变化 3、实验结束时应盖上光电管暗盒和汞灯的遮光盖
物理实验中心
八、思考题
1、光电效应有哪些规律？爱因斯坦光电效应 方程的物理意义是什么？
2、为什么光电管的阴极上均匀的涂有逸出功 小的光敏材料，而阳极选用逸出功大的金 属材料？
物理实验中心
二、仪器用具
FB807A型光电效应(普朗克常数)测定仪
物理实验中心
三、实验原理
1、光电效应
光电效应
外光电效应 内光电效应
光电导效应 光生伏特效应
◆当光照射到某些金属表面上时，会有电子 从金属表面即刻逸出的现象
物理实验中心
◆光电效应的基本规律
(1)、仅当光频高于某一阈值(截止频率)时，才能 从金属表面打出光电子
◆ 加深对光的本性的认识过程
微粒说(牛顿) →波动说(惠更斯) →电磁说(麦克斯韦)
◆ 加深对量子学说认识的历史发展过程
物理实验中心
太阳能飞机
烟雾报警器 有声电影机
转速测定
光电自动门 颜色检测器
物理实验中心
一、实验目的
1、了解光电效应的基本规律 2、测定光电管的伏安特性曲线 3、掌握用作图法测定普朗克常数的方法
7、测量：
取下汞灯与滤色片的遮光盖，旋转滤色片到相应波长并测量。 (测截止电压时，调整“电压调节旋钮”使电流表显示为0， 并记录截止电 压；测伏安特性时，调整“电压调节旋钮”到 相应电压，并记录光电流)
8、归仪：
(关闭汞灯及主机电源，拆除联接导线，把滤色片调到0挡光 位，盖上滤色片及汞灯的遮光盖，整理好实验仪器)
光电管理想伏安特性曲线
光电管实测伏安特性曲线
物理实验中心
5、普朗克常数的测定
US
h
e
WS e
作出光电管的光谱特性曲线US～υ，应为
一条直线，求出该直线的斜率k，则普朗
克常数h=ke，并算出测量值与公认值之间
的相对误差。
E h h0 100% h0
物理实验中心
四、实验内容
1、测绘光电管的光谱特性曲线US~υ的关系 2、测绘光电管的伏安特性曲线I~U的关系
物理实验中心
3、密立根实验
A
K
◆截止电压US
当光电管AK之间加上反向电场使光电流为0时的电压
h
1 2
mV
2
WS
hv eUS WS
US
h
e
WS e
1 2
mV
2
eU S
h Ke
物理实验中心
4、光电管的伏安特性曲线
◆光电管理想伏安特性曲线 ◆光电管实测伏安特性曲线
光电流包含： (1)暗电流：主要由热电子发射与管壳漏电造成 (2)本底电流：主要由杂散光射入光电管造成 (3)反向电流：主要由材料污染阳极造成
至于光电效应，光是以光粒子的形式打在金属的表面，金属 中的电子要么不吸收能量，要么就吸收一个光子的全部能量，而 无需积累能量的时间；只有当这能量大于电子摆脱金属表面约束 所需的逸出功WS时，电子才会以一定的初动能逸出金属表面。
其中：υh为为入普射朗光克的常频数率(公认值h0=6.62619×10-34J·S) m为电子的质量 v为光电子逸出金属表面时的初速度 WS为金属材料的逸出功
物理实验中心
◆大学物理实验 光电效应及普朗克常量的测定
主讲：巫志玉
物理实验中心
历史背景：
赫兹
普朗克
爱因斯坦
密立根
பைடு நூலகம்康普顿
1、1887年，赫兹在实验中观察到了光电效应现象 2、1900年，普朗克提出了量子假说 3、1905年，爱因斯坦提出了光子假说 4、1916年，密立根证实了爱因斯坦的光电效应方程 5、1922年，康普顿发现了康普顿效应
2、测定光电管的伏安特性曲线I～ U数据记录表
λ(nm)
365.0 404.7 435.8 546.1 577.0 备注
UAK(V)
-2.0 -1.0 0.0 1.0
I(×10-10A)
I(×10-10A)
I(×10-10A)
I(×10-10A)
I(×10-10A)
入射距离L=400mm，光栏孔φ=4mm
(2)、单个光电子的动能随光频提高而增大，与入 射光强无关
(3)、光电流仅与光强有关且成正比，与光频无关 (4)、光电效应是瞬时效应，电子吸收光能几乎不
需要积累时间
物理实验中心
2、爱因斯坦光电效应方程
爱h因 斯坦12认m为V从2一点W发S 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hν为能量单位(光量子) 的粒子形式地向外辐射。