光电效应以及普朗克常数的测量
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！
光电效应及普朗克常量测定实验报告
光电效应及普朗克常量测定实验报
告
光电效应及普朗克常量测定实验是一种体现物理学基本原理的实验，通过它我们可以更好地了解到光电效应和普朗克常量的实质。
该实验中，我们用了安装在光电效应仪上的波形表，并且安装校准后的细胞，以及安装完毕的开关，使得光电效应仪能够正常工作。
在实验中，我们将光电效应仪的图形表的扫描线定位到图形表上的零点位置，然后，我们将开关接通，使得细胞被照射，随之而来的是，细胞产生电势，由此，图形表上的扫描线也发生了相应的变化，由此，我们可以计算出细胞中电势的大小。
当我们将细胞中电势的大小结合普朗克常量h，光子数N，以及电荷q，我们就可以求出普朗克常量h，它是一个重要的物理量，它决定了物质与能量之间的转换。
实验中，我们还用了安装在光电效应仪上的电源，以便我们可以不断的测量细胞中的电势，通过对比，我们可以得出普朗克常量h的最终值。
通过本次实验，我们可以更好地了解光电效应以及普朗克常量的实质，以及它们之间的联系，这也正是本次实验的意义所在。
光电效应普朗克常数测定试验结果分析
光电效应普朗克常数测定试验结果分析由步骤五知光栅直径为时，测量结果:知光栅直径为时，测量结果:知光栅直径为时，测量结果:除了第三组数据有问题外，得到较好的测量结果，其测量值与参考值在误差范围内相符;通过本实验，本实验者加深了对光电效应和光的量子性的理解;学得了验证爱因斯坦光电效应方程的实验方法;测得较为准确普朗克数值(与参考值相符);可以，在知道普朗克常数的前提下，测量光速，或者在知道光速和普朗克常数的前提下，测量未知光的波长;同时，通过对本实验的学习和准备，本实验者，翻阅了一些书籍，了解了许多有关光电效应的历史及光速一定的争论，知道了，在物理领域内要有所建树，必须有敢于创新的物理研究思想和不怕吃苦的准备。
(七)【实验误差分析】、暗电流的影响，暗电流是光电管没有受到光照射时，也会产生电流，它是由于热电子发射、和光电管管壳漏电等原因造成;、本底电流的影响，本底电流是由于室内的各种漫反射光线射入光电管所致，它们均使光电流不可能降为零且随电压的变化而变化。
、光电管制作时产生的影响:()、由于制作光电管时，阳极上也往往溅射有阴极材料，所以当入射光射到阳极上或由阴极漫反射到阳极上时，阳极也有光电子发射，当阳极加负电位、阴极加正电位时，对阴极发射的光电子起了减速的作用，而对阳极的电子却起了加速的作用，所以-关系曲线就和、曲线图所示。
为了精确地确定截止电压，就必须去掉暗电流和反向电流的影响。
以使由I=0时位置来确定截止电压US的大小;制作上的其他误差。
4、实验者自身的影响:(1)从不同频率的伏安特性曲线读到的"抬头电压"(截止电压)，不同人读得的不一样，经过处理后的到曲线也不一样，测出的数值就不一样;()调零时，可能会出现误差，及在测量时恐怕也会使原来调零的系统不再准确。
、参考值本身就具有一定的精确度，本身就有一定的误差。
误差6、理论本身就有一定的误差，例如，1963年Ready等人用激光作光电发射实验时，发现了与爱因斯坦方程偏离的奇异光电发射。
2、光电效应及普朗克常数的测定
定量分析：
（1）改变距离为L=20.00cm，其它不变时，(要求具体处理计算过程)测得：
比较h值相差较小，故得出结论：说明光强的改变对普朗克常数的测定没有影响
（2）改变光澜孔直径，其它不变时，h是否会发生变化？
（3）实验中减少杂光的干扰时，h是否会发生变化？
（2）电流的原因：由于有暗电流、本底电流、反向电流的干扰，实际的截止电压应在电流为零时的反向电压与电流达到反向饱和拐点处对应的反向电压之间，不易准确找到，一般以前者或后者来近似代替，故会产生较大的误差。反向电流是由于在制造过程中光阴极物质溅射到阳极上，当光照射时，其行为与光阴极相似，致使在截止电压下获得一个反向电流，随着反向电压的增加，反向电流趋于饱和，这是因为在测量反向截止电压时，阴极是高电位，阳极是低电位，阳极是的阴极材料光电子在光电效应中的加速电场中所产生的反向电流就是在加上反向电压后总有0.2-0.4µΑ，（随频率的不同而异）的光电流的原因，实验得知随着反向电压增加到一定的值时（3.00V左右），这一电流就不在增加，所有阳极光电子都到了阴极。
遏止电压（取正值）——频率表格
波长（nm)
365
405
436
546
577
频率（x1014HZ）
8.22
7.41
6.88
5.49
5.20
截止电压(Us)
-2.08
-1.30
-1.17
-0.78
-0.45
截止电压Us—v图线
截止电压（纵坐标，单位：V）——频率（横坐标，单位：x1014HZ）：
（6）数据计算过程
光阑孔直径Φ=10.00×10-3m；距离：L=27.13×10-2m
光电效应和普朗克常数的测定
光电效应和普朗克常数的测定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，具有里程碑的意义。
自古以来，人们就试图解释光是什么，到17世纪，研究光的反射、折射、成像等规律的几何光学基本确立。
牛顿等人在研究几何光学现象的同时，根据光的直线传播性，认为光是一种微粒流，微粒从光源飞出来，在均匀物质内以力学规律作匀速直线运动。
微粒流学说很自然的解释了光的直线传播等性质，在17、18世纪的学术界占有主导地位，但在解释牛顿环等光的干涉现象时遇到了困难。
惠更斯等人在17世纪就提出了光的波动学说，认为光是以波的方式产生和传播的，但早期的波动理论缺乏数学基础，很不完善，没有得到重视。
19世纪初，托马斯.杨发展了惠更斯的波动理论，成功的解释了干涉现象，并提出了著名的杨氏双缝干涉实验，为波动学说提供了很好的证据。
1818年，年仅30岁的菲涅耳在法国科学院关于光的衍射问题的一次悬奖征文活动中，从光是横波的观点出发，圆满的解释了光的偏振，并以严密的数学推理，定量地计算了光通过圆孔、圆板等形状的障碍物所产生的衍射花纹，推出的结果与实验符合得很好，使评奖委员会大为叹服，荣获这一届的科学奖，波动学说逐步为人们所接受。
1856,1865 19世纪末，物理学已经有了相当的发展，在力、热、电、光等领域，都已经建立了完整的理论体系，在应用上也取得巨大的成果。
就当物理学家普通认为物理学发展已经到顶时，从实验上陆续出现了一系列重大发现，揭开了现代物理学革命的序幕，光电效应实验在其中起了重要的作用。
1887年赫兹在用两套电极做电磁波的发射与接收的实验中，发现当紫外光照射到接收电极的负极时，接收电极间更易于产生放电，赫兹的发现吸引许多人去做这方面的研究工作。
斯托列托夫发现负电极在光的照射下会放出带负电的粒子，形成光电流，光电流的大小与入射光强度成正比，光电流实际是在照射开始时立即产生，无需时间上的积累。
光电效应测普朗克常量实验报告(附实验数据及分析)
实验题目:光电效应测普朗克常量实验目的: 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和测定光电管的光电特性曲线。
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。
光电效应实验原理如图1所示。
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， 光电流达到饱和值和值I H ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。
当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减小。
实验指出，有一个遏止电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。
2．光电子的初动能与入射频率之间的关系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 极向A 极运动。
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作用的功。
即a eU mv =221 (1） 每一光子的能量为hv =ε，光电子吸收了光子的能量h ν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动能。
由能量守恒定律可知:A mv hv +=221 （2） 由此可见，光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。
3．光电效应有光电存在实验指出，当光的频率0v v <时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2），hAv =0，ν0称为红限。
由式（1）和（2）可得：A U e hv +=0，当用不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单色光分别做光源时，就有:A U e hv +=11,A U e hv +=22,…………,A U e hv n n +=,任意联立其中两个方程就可得到ji j i v v U U e h --=)( （3）由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差即可算出普朗克常量h ，也可由ν-U 直线的斜率求出h 。
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。
测量普朗克常数的方法
测量普朗克常数的方法
测量普朗克常数的方法有多种，下面列举几种常用的方法：
1. 光电效应法：利用光电效应原理，测量光子的能量与光电子的动能之间的关系，通过测量电子动能以及光子频率，可以反推出普朗克常数。
2. 满井法：利用黑体辐射定律，通过测量黑体辐射的强度与频率之间的关系，以及测量黑体温度，可以计算出普朗克常数。
3. 输运电子法：利用金属阻热电阻和金属阻府尔电阻之间的关系，测量电阻与温度的关系，通过测量金属电阻的变化可以计算出普朗克常数。
4. 气体阴极放电法：通过对气体阴极放电过程中的电流-电压特性曲线进行测量，可以计算出阴极电流阈值和普朗克常数之间的关系，从而测量普朗克常数。
上述方法中，使用光电效应和满井法是目前最常用的测量普朗克常数的方法。
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。
物理实验报告-光电效应与普朗克常数
物理实验报告光电效应和普朗克常量的测定（岳晨涛，61313113，吴健雄学院，东南大学，南京，指导老师：李剑）摘要：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。
本实验利用高压汞灯及电源、滤光片、光阑、光电管和测试仪测量了相同孔径不同波长的入射光的截止电压，通过图像法测得普朗克常量。
另外，实验还研究了在特定波长下的光电管的伏安特性曲线；以及同一种入射光在距离 d 不同下的光电管的伏安特性曲线。
1.引言1887年物理学家赫兹用实验验证电磁波的存在时发现了这一现象，但是这一实验现象无法用当时人们所熟知的电磁波理论加以解释。
1905年，爱因斯坦大胆地把普朗克在进行黑体辐射研究过程中提出的辐射能量不连续观点应用于光辐射，提出“光量子”概念，从而成功地解释了光电效应现象。
1916年密立根通过光电效应对普朗克常数的精确测量，证实了爱因斯坦方程的正确性，并精确地测出了普朗克常数。
爱因斯坦与密立根都因光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。
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。
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。
利用光电效应制成的光电器件，如光电管、光电池、光电倍增管等，已成为生产和科研中不可缺少的器件。
2.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。
对光电效应的实验工作累积的基本实验事实有如下：(1)对一定的频率，有一电压U0,当U a≦U0时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压U0，被称为截止电压。
(2)当U a≧U0后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流I m的大小与入射光的强度P成正比。
(3)对于不同频率的光，其截止电压的值不同。
(4)当入射光频率低于某极限值v0（v0随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。
(5)光电效应是瞬时效应。
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实验总结
光电效应测定普朗克常量实验总结光电效应是指当金属或半导体表面受到光照射时，电子从金属表面逸出的现象。
光电效应的研究对于理解光的性质和光与物质相互作用具有重要意义。
而普朗克常量则是描述微观世界的基本物理常数之一，它在量子力学中起着重要作用。
本次实验旨在利用光电效应测定普朗克常量，通过实验数据的收集和分析，得出实验结果并进行总结。
实验步骤及方法。
1. 准备工作，将光电管、反射镜、数字示波器、光源等设备连接好，并进行调试。
2. 调整光源，调整光源的位置和强度，使其照射到光电管上。
3. 测量电压，通过数字示波器测量光电管的阈值电压和光电流随光强的变化关系。
4. 数据处理，根据实验数据绘制电压与光强的曲线，利用斜率计算普朗克常量。
实验结果及分析。
通过实验数据的收集和处理，我们得到了光电管阈值电压随光强的变化曲线。
根据实验数据的拟合曲线，我们计算出了普朗克常量的值为6.63×10^-34 J·s，与理论值相符合。
通过对实验数据的分析，我们发现光电管的阈值电压与光强呈线性关系，符合光电效应的基本规律。
实验总结。
本次实验通过测定光电效应来测定普朗克常量，实验结果与理论值相符合。
在实验过程中，我们发现光电效应的阈值电压与光强呈线性关系，这一结论对于光电效应的研究具有重要意义。
通过本次实验，我们加深了对光电效应和普朗克常量的理解，也提高了实验操作和数据处理的能力。
结论。
通过本次实验，我们成功测定了普朗克常量，并验证了光电效应的基本规律。
实验结果对于量子力学和光电效应的研究具有一定的意义，也为相关领域的研究提供了实验数据支持。
希望通过今后的实验学习，能够进一步深入理解光电效应和普朗克常量，为相关领域的研究做出更多的贡献。
总之，通过本次实验，我们对光电效应测定普朗克常量有了更深入的了解，也提高了实验操作和数据处理的能力。
希望通过今后的学习和实验，能够进一步深入研究相关领域的知识，为科学研究做出更多的贡献。
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Uo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。
光电效应及普朗克常数的测定实验报告
光电效应及普朗克常数的测定实验报告光电效应及普朗克常数的测定实验报告引言：光电效应是指当光照射到金属表面时，会引起金属中电子的发射现象。
这一现象的发现和研究对于理解光的本质和量子理论的发展起到了重要的推动作用。
普朗克常数是描述光的粒子性质的一个重要物理常数，它是通过光电效应实验测定得到的。
本实验旨在通过测量光电效应的一些基本参数，来计算得到普朗克常数。
实验方法：实验采用了光电效应的基本原理，通过调节不同波长的光源照射到金属表面，测量光电子的动能和光的频率，从而计算得到普朗克常数。
实验装置主要包括光源、光电管、电压源和电流计。
实验步骤：1. 首先，将实验装置调整到合适的工作状态。
确保光源和光电管之间的距离适当，并调节电压源的输出电压。
2. 使用不同波长的光源照射到光电管上，记录下光电管的电流值和电压值。
3. 对于每个波长的光源，重复步骤2，记录多组数据，以提高测量的准确性。
4. 根据测得的数据，绘制光电子动能与光的频率之间的关系曲线。
5. 通过拟合曲线，计算得到普朗克常数。
实验结果与讨论：根据实验测得的数据，我们绘制了光电子动能与光的频率之间的关系曲线。
通过拟合曲线，我们得到了普朗克常数的近似值。
在实验中，我们发现光电子动能与光的频率之间存在着线性关系，这与光电效应的基本原理相符。
根据爱因斯坦的光量子假设，光的能量是由光子携带的，而光子的能量与光的频率成正比。
因此，光电子的动能与光的频率之间应该存在线性关系。
通过拟合曲线，我们得到了普朗克常数的近似值。
普朗克常数的精确值为6.62607015 × 10^-34 J·s。
通过实验测得的值与精确值的比较，可以评估实验的准确性和误差来源。
在实验中，可能存在的误差包括光源的波长测量误差、光电管的灵敏度误差以及测量仪器的误差等。
为了提高实验的准确性，我们可以采取一些措施，如使用更精确的仪器、增加数据的重复测量次数等。
结论：通过光电效应实验，我们成功测定了普朗克常数的近似值。
对“光电效应和普朗克常量的测定”这一实验的总结
光电效应光电效应当光束照射到某些金属表面上时, 会有电子从金属表面即刻逸出,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。
根据爱因斯坦的光电效应方程有hν=1/2 mv m2+ W (1)其中ν为光的频率,h为普朗克常数,m和v m是光电子的质量和最大速度,W为电子摆脱金属表面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大于电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功W,电子就会从金属中逸出,1/2mv m是光电子逸出表面后所具有的最大动能;光子能量 hν小于W时,电子不能逸出金属表面,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ν0,称为光电效应的截止(或极限)频率。
由方程(1)可得v0=W/h (2)不同的金属材料有不同的逸出功, 因而ν0也是不同的。
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。
光电效应测普朗克常量实验报告（附实验数据及分析）
光电效应测普朗克常量实验报告（附实验数据及分析）实验题⽬:光电效应测普朗克常量实验⽬的: 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和测定光电管的光电特性曲线。
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。
光电效应实验原理如图1所⽰。
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，光电流达到饱和值和值I H ，饱和电流与光强成正⽐，⽽与⼊射光的频率⽆关。
当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减⼩。
实验指出，有⼀个遏⽌电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。
2．光电⼦的初动能与⼊射频率之间的关系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 极向A 极运动。
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作⽤的功。
即a eU mv =221 (1）每⼀光⼦的能量为hv =ε，光电⼦吸收了光⼦的能量h ν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动能。
由能量守恒定律可知:A mv hv +=221 （2）由此可见，光电⼦的初动能与⼊射光频率ν呈线性关系，⽽与⼊射光的强度⽆关。
3．光电效应有光电存在实验指出，当光的频率0v v <时，不论⽤多强的光照射到物质都不会产⽣光电效应，根据式（2），hAv =0，ν0称为红限。
由式（1）和（2）可得：A U e hv +=0，当⽤不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单⾊光分别做光源时，就有:A U e hv +=11,A U e hv +=22,…………,A U e hv n n +=,任意联⽴其中两个⽅程就可得到ji j i v v U U e h --=)( （3）由此若测定了两个不同频率的单⾊光所对应的遏⽌电位差即可算出普朗克常量h ，也可由ν-U 直线的斜率求出h 。
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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365.0nm 、404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、577.0nm 、579.0nm 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 ）图1 仪器结构示意图1 2 3 4 5 6 7 8 9 1测试仪； 2光电管暗盒； 3光电管； 4光阑选择圈； 5滤色片选择圈；6基座； 7汞灯暗盒； 8汞灯； 9汞灯电源光电管电源：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%。
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 ν，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：A m h +=2021υν （1） 式中，A 为金属的逸出功，2021υm 为光电子获得的初始动能，0υ为最大速度，m 为光电子的质量，ν为光的频率，h 为普朗克常数。
光电效应的实验原理如图3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 迁移构成光电流，改变外加电压U AK ，测量出光电流I 的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。
ν1 ν2ν0ν图3 实验原理图图4同一频率,不同光强时光电管的伏安特性曲线图5不同频率时光电管的伏安特性曲线图6截止电压U 0与入射光频率ν的关系图图2 测试仪面板图光电效应的基本实验原理如下：（1）对于某一频率，光电效应的I-U AK 关系如图4所示。
从图中可见，对一定的频率，有一电压U 0，当U AK ≤U 0时，电流为零，也就是这个负电压产生的电势能完全抵消了由于吸收光子而从金属表面逸出的电子的动能。
这个相对于阴极的负值的阳极电压U 0，被称为截止电压。
（2）当U AK ≥U 0 后，电势能不足以抵消逸出电子的动能，从而组件产生电流I 。
I 迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流I M 的大小与入射光的强度P 成正比。
（3）对于不同频率的光，由于它们的光子能量不同，赋予逸出电子的动能不同。
显然，频率越高的光子，其产生逸出电子的能量也越高，所以截止电压的值也越高，如图5所示。
（4）作截止电压U 0与频率ν 的关系图如图6所示。
U 0与ν 成正比关系。
显然，当入射光频率低于某极限值ν0（ν0随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。
（5）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ν0，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。
说明：实际中，反向电流并不为零。
图4、图5中从零开始，是因为反向电流极小，仅为10-13～10-14数量级，所以在坐标上反映不出来。
由（1）式可见，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，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有关系：20012eU m υ=（2） 阳极电位高于截止电压后，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U AK 时I 不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流I M 的大小与入射光的强度P 成正比。
光子的能量h ν0 <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ν0 =A/h 。
将（2）式代入（1）式可得：0eU h A ν=- （3）此式表明截止电压U 0是频率ν的线性函数，直线斜率k =h /e ，只要用实验方法得出不同的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 。
爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。
2、影响准确测量截止电压的因素测量普朗克参数h的关键是正确的测出截止电压U0，但实际上由于光电管制作工艺等原因，给准确测定截止电压带来了一定的困难。
暗电流、本底电流和反向电流是对测量产生影响的主要因素。
（1）在无光照时，也会产生电流，称之为暗电流。
它是由阴极在常温下的热电子发射形成的热电流和封闭在暗盒里的光电管在外加电压下因管子阴极和阳极间绝缘电阻漏电而产生的漏电流两部分组成。
（2）本底电流是周围杂散光进入光电管所致。
（3）反向电流是由于制作光电管时阳极上往往溅有阴极材料，所以当光照射到阳极上和杂散光漫射到阳极上时，阳极上往往有光电子发射；此外，阴极发射的光电子也可能被阳极的表面反射。
当阳极A为负电势，阴极K为正电势时，对阴极K上发射的光电子而言起减速作用，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发射岀的光电子也到达阴极K，形成反向电流。
由于上述原因，实测的光电光伏安特性曲线与理想曲线有区别。
暗电流图5 光电流曲线分析四、实验内容1．分别测量高压汞灯波长为365.0、404.7、435.8、546.1、546.1nm的单色光所对应电流小于0时的电压电流约15组对应点。
2．做出每种光所对应电流的伏安特性曲线，确定各自得截止电压，并计算普朗克常量。
五、实验步骤1、测试前准备（1）将测试仪和汞灯电源接通，预热20分钟。
（2）把汞灯盒遮光盖盖上，将光电管暗盒的光阑选择圈调整到任意两个光阑的中间位置，以此遮住光电管。
将汞灯暗盒光输出口对准光电管暗盒光输入口，调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变。
（3）用专用连接线将光电管暗盒电压输入端与测试仪电压输出端（后面板上）连接起来（红—红，蓝—蓝）。
（4）调零：将“电流量程”选择开关置于所选档位，仪器在充分预热后，进行测试前调零。
调零时，将“调零/测量”切换开关切换到“调零”档位，旋转“电流调零”旋钮使电流指示为“000.0”。
调节好后，将“调零/测量”切换开关切换到“测量”档位。
（4）用高频匹配电缆将光电管暗盒电流输出端K与测试仪微电流输入端（后面板上）连接起来。
注意：在进行每一组实验前，必须按照上面的调零方法进行调零，否则会影响实验精度。
2、测普朗克常数h（1）将电压选择按键置于-2V～0V档；将“电流量程”选择开关置于10-13A档，将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上；旋转光阑选择圈的“Φ4”光阑及滤色片选择圈的“365”滤色片到“↓”下方，打开汞灯暗盒遮光盖开始实验。
（2）从低到高调节电压，用“零电流法”或“补偿法”测量该波长对应的U0，并将数据记于错误!未找到引用源。
中。
（3）旋转滤色片选择圈，依次换404.7nm，435.8nm，546.1nm，577.0nm的滤色片，重复以上测量步骤。
3、测光电管的伏安特性曲线将电压选择按键置于-2V—+30V档；选择合适的“电流量程”档位（建议选择10-11A 档）；将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上。
旋转光阑选择圈的“Φ2”光阑及滤色片选择圈的“436”滤色片到“↓”下方，打开汞灯暗盒遮光盖开始实验。
a.从低到高调节电压，记录电流从零到非零点所对应的电压值作为第一组数据，以后电压每变化一定值记录一组数据到表中。
旋转光阑选择圈和滤色片选择圈，将“Φ4”光阑及“546”滤色片调到“↓”下方，,重复a测量步骤。
用表数据在坐标纸上作对应于以上两种波长及光强的伏安特性曲线。
4、整理仪器六、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，严禁让汞灯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！4．汞灯光源必须充分预热（20分钟以上）。
七、数据记录表 7 I —U AK 关系L= mm Φ= mm八、数据处理由于本仪器的特点，在测量各谱线的截止电压U 0时，可不用难于操作的“拐点法”，而用“零电流法”或“补偿法”。
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很小。
且各谱线的截止电压都相差ΔU 对U 0-ν 曲线的斜率无大的影响，因此对h 的测量不会产生大的影响。
补偿法是调节电压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 1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 使电流值至I 1，将此时对应的电压U AK 的绝对值作为截止电压U 0。
此法可补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响。
可用以下三种方法之一处理错误!未找到引用源。
的实验数据，得出U 0—ν直线的斜率k 。
a.根据线性回归理论，U 0—ν直线的斜率k 的最佳拟合值为：0022ννννU U k ⋅-⋅=-其中：∑==ni i n 1ν1ν表示频率ν的平均值 ∑==n i i n 122ν1ν表示频率ν的平方的平均值∑==ni i U n U 1001表示截止电压U 0的平均值∑=⋅=⋅ni i i U n U 100ν1ν表示频率ν与截止电压U 0的乘积的平均值b.根据k =000m nνννm nU U U ∆-=∆-，可用逐差法从错误!未找到引用源。