大学物理光强与电流数据处理
大学物理实验报告
实验五、光电效应测普朗克常量普朗克常量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。
光电效应是这样一种实验现象，当光照射到金属上时，可能激发出金属中的电子。
激发方式主要表现为以下几个特点：1、光电流与光强成正比2、光电效应存在一个阈值频率（或称截止频率），当入射光的频率低于某一阈值频率时，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关，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（延迟时间不超过910-秒），停止光照，即无光电子产生。
传统的电磁理论无法对这些现象对做出解释。
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。
实验目的1、 通过实验理解爱因斯坦的光电子理论，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、并以测定普朗克常数。
实验仪器GD-3型光电效应实验仪（GD Ⅳ型光电效应实验仪）图1 光电效应实验仪实验原理1、 光电效应理论：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，在与金属中的电子相互作用时，只表现为单个光子：h εν= (1)212h mv W ν=+ (2) 上式称为光电效应的爱因斯坦方程，其中的W 为金属对逃逸电子的束缚作用所作的功，对特定种类的金属来说，是常数。
大学物理实验教案(光电效应法测量普朗克常量(仿真实验))
大学物理实验教案
（2）补偿法
由于本实验仪器的特点，在测量各谱线的截止电压Ua 时，可不用难于操作的“拐点法”，而用“补偿法”。
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 为电压接近遏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UAK 使电流值至I ，将此时对应的电压U AK 的绝对值作为截止电压Ua 。
此法可补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响。
对于测量所得到的实验数据，可用以下三种方法来处理以得出ν-U 直线的斜率k ，来进一步得出普朗克常数h 。
（1）线性回归法
根据线性回归理论，ν-U 直线的斜率k 的最佳拟合值为
2
2a a
U U k νννν⋅-⋅=-，其中
表示频率的平均值, 表示频率ν的平方的平均值, 表示截止电压Ua 的平均值, 1
1n a i i i U U n νν=⋅=⋅∑表示频率ν与截止电压Ua 的乘积的平均值。
（2）逐差法
根据ai aj a i i j
U U U k ννν-∆==∆-，可用逐差法从数据中求出一个或多个k i ，将其平均值作为所求k 的数值。
（3）作图法
可用数据在坐标纸上作Ua-ν直线，由图求出直线斜率k 。
由以上三种方法求出直线斜率k 后，可用h=ek 求出普朗克常数，并与h 的公认值h 0比较求出百分偏差：00
h h h δ-=，式中电子电荷量1
1n i i n νν==∑221
1n i i n νν==∑1
1n
a ai i U U n。
大学物理--光电效应详解
光子的动量： p E h h c c
物理学
第五版
五 光的波粒二象性
15-2 光电效应
（1）波动性： 光的干涉和衍射
（2）粒子性： Eh（光电效应等）
光子是一种基本粒子，在真空中以光速运动
h
表示粒子特 p h
性的物理量
波长、频率是表示 波动性的物理量
h
m c2
2
及 U0 kUb
0.65
(1014 Hz )
O
4.39 6.0 10
hke Uo e
钠的截止电压与 入射光频关系
WeU b(h0)
物理学
第五版
15-2 光电效应
从图中得出
0 4.391014 Hz
U0 (V )
2.20
a
h e Uo h
电流饱和值与光强成正比
光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电 子数目越多，电流饱和值越大.
瞬时性:
光子射至金属表面，一个光子携带的能量 h 将一 次
性被一个电子吸收，若 0 ，电子立即逸出，无需
时间积累.
物理学
第五版
（3） h 的测定
U0 kUb
eU0keeUb （1）
物理学
第五版
15-2 光电效应
三 光电效应在近代技术中的应用
光控继电器、自动控制、
自动计数、自动报警等.
光控继电器示意图
光
放大器 接控件机构
光电倍增管
物理学
第五版
15-2 光电效应
四 光子的能量、质量和动量
m m0
1
测光电管的伏安特性 - 大学物理实验
标实验点
i1 310mA r1 5.00cm
+
B(18.00,16.00)
光电特性曲线
（光电特性曲 线需用最小二 乘法拟合）。
A(0.00,4.00)
0
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.0014.00 16.00 18.00 20.00
U (V)
光电管伏安特性曲线
四、实验内容
1 2 eU a mvmax 2
h eU a W
二、实验原理
（二）光电流与阴极表面光通量的关系 设光电管的阴极面积 为 S ，阴极与发光强度为 r 的点光源间的距离为， 由光度学理论可知，点光 源到达的光通量为
S i 2 r
验证了光电流与入射 光光通量的线性关系。
三、实验仪器
暗匣（内装光电管及小灯泡及米尺）；光电效应 实验仪（包括稳压电源、可调稳压电源、位数子 电压表和电流表）。 暗匣
大学物理实验
光电管特性的研究
一、实验目的
1、了解光电效应实验的基本规律和光的量子性。 2、测定光电管的伏安特性，研究光电流强度与 加在光电管两极间电压的关系。 3、测定光电管的光电特性，研究光电流强度与 照在光电管阴极上光通量的关系。 重点：通过光电管的伏安特性和光电特性，掌握 光电效应的实验原理
难点：最小二乘法处理数据
二、实验原理
按照光子理论，光电 效应是光子与电子碰撞， 光子把全部能量（h ）传 给电子，电子获得的能量， 一部分用来克服金属表面 对它的束缚，另一部分成 为该电子（光电子）逸出 金属表面后的动能。根据 能量守恒有
1 2 h mvmax W 2
二、实验原理
（一）光电流与加速电压的关系 保持光源与光电管的 距离一定，如果阳极为高 电势，则电子将加速飞向 阳极，光电流随两极间的 加速电压改变而改变。
光电效应实验中频率与饱和电流的实验研究
光电效应实验中光波波长与饱和光电流关系的实验研究王志军，何越，王连元，田云霞，王泽恒，倪牟翠，李玉，张金宝，李海英，郭欣，李守春吉林大学物理学院摘要：本文通过实验分别研究了光电效应实验中，光强一定及光子数一定时光波波长与饱和光电流的关系。
研究结果表明，光强一定时，饱和光电流既与光子数有关又与光电效率有关，光子数一定时，饱和光电流只与光电效率有关。
Abstract: In this paper，the saturated photocurrent varication with light wavelength with same light intensity and same photon number were studied respectively by experiment. As the results shown，the saturated photocurren is relation with both photon number and photoelectric efficiency in the same intensity，and only is relation with the photoelectric efficiency in the same photon number.关键词：光电效应，饱和光电流，光电效率，光强，光子数。
Key Words:Photoelectric Effect，Saturated Photocurrent，Photoelectric Efficiency，Light Intensity，Photon Number.引言在光电效应实验中，人们对光波波长与饱和光电流关系的认识经常出现错误，而目前还没有相关实验研究这一问题。
为此，我们在实验上研究了光强一定及光子数一定时光波波长与饱和光电流的关系。
对于我们正确认识光波波长与饱和光电流的关系有着非常重要的意义，并且可以通过实验算出不同光波波长的光电效率比。
大学物理2-2太阳能电池实验报告
数据处理一，计算出功率和电阻的数值表１，负载电压和电流记录表电压/V 光电流Ｉ/mA 电阻/千欧功率/W0.00 5.02 0.00000 0.00000-0.10 5.00 0.02000 0.00050 -0.20 4.97 0.04024 0.00099 -0.30 4.96 0.06048 0.00149 -0.40 4.92 0.08130 0.00197 -0.50 4.91 0.10183 0.00246 -0.60 4.88 0.12295 0.00293 -0.70 4.85 0.14433 0.00340 -0.80 4.80 0.16667 0.00384 -0.90 4.74 0.18987 0.00427 -1.00 4.67 0.21413 0.00467 -1.10 4.59 0.23965 0.00505 -1.20 4.46 0.26906 0.00535 -1.30 4.31 0.30162 0.00560 -1.40 4.14 0.33816 0.00580 -1.50 3.94 0.38071 0.00591 -1.60 3.69 0.43360 0.00590 -1.70 3.40 0.50000 0.00578 -1.80 3.08 0.58442 0.00554 -1.90 2.71 0.70111 0.00515 -2.00 2.26 0.88496 0.00452 -2.10 1.78 1.17978 0.00374 -2.20 1.27 1.73228 0.00279 -2.30 0.71 3.23944 0.00163 -2.37 0.24 9.87500 0.00057功率与电阻关系图0.0001.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0000.000500.0001000.0001500.0002000.0002500.0003000.0003500.000电阻/欧功率/m W功率/mW由图知 最大功率为５.９１mW对应的最大电阻为３８０.７１欧 Isc=5.02mA Uoc=2370mV Ff=Pmax/(Isc*Uoc)=0.5表２，太阳能电池正向偏压与电流数据表 U1/V U2/V I/A U/V0.00 0.00 0.00000 0.00 0.20 0.07 0.00034 0.13 0.40 0.15 0.00066 0.25 0.60 0.25 0.00092 0.35 0.80 0.37 0.00113 0.43 1.00 0.50 0.00131 0.50 1.20 0.64 0.00147 0.56 1.40 0.79 0.00160 0.61 1.60 0.96 0.00168 0.64 1.80 1.13 0.00176 0.67 2.00 1.30 0.00184 0.70 2.20 1.49 0.00186 0.71 2.40 1.67 0.00192 0.73 2.60 1.86 0.00194 0.74 2.80 2.06 0.00194 0.74 3.00 2.26 0.00194 0.74 3.20 2.46 0.00194 0.74 3.40 2.66 0.00194 0.743.60 2.87 0.00192 0.73 3.773.05 0.00189 0.72一定光照条件下光电池的伏安特性曲线y = 0.0026x - 6E-18-0.000500.000000.000500.001000.001500.002000.002500.000.100.200.300.400.500.600.700.80U/VI /AU/V线性 (U/V)电压和电流关系的经验公式为y=0.0026x-6E-18 表３，不同光强下太阳能电池开路电压和短路电流 光强比值 Isc/mA Uoc/V6 4.90 -2.36 5 4.42 -2.33 4 3.30 -2.24 3 2.14 -2.09 2 1.20 -1.86 1 0.71 -1.62Isc-Uoc关系曲线y = -0.3802Ln(x) - 4.401-2.5-2-1.5-1-0.50.00000.00100.00200.00300.00400.00500.0060Isc/AU o c /VUoc/V对数 (Uoc/V)表４，不同角度光照下电池开路电压和短路电流 角度/。
大学物理实验：光电效应
光电效应现象的原理
量子解释（爱因斯坦）
1 2
m
2 m
Eh
电子逸出动能
12mm2 hA
光子能量
金属表面电子逸出功
轨道能 脱出功
光电效应现象的原理
量子解释（爱因斯坦）
光电子的最大初动能
12mm2 hA
爱因斯坦光 电效应方程
入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴
极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电
则普朗克常数 hke
由该直线与横轴的交点，可求出“红限”频率v 0 。这就是密 立根验证爱因斯坦光电效应方程的主要实验思想。
普朗克常数的测量 实验仪器 ZKY-GD-3型光电效应实验仪
40cm
测试仪
光电管 滤光片及光阑 遮光盖
高压汞灯
普朗克常数的测量 实验仪器 ZKY-GD-3光电效应实验仪结构示意图
再次试验：10年后密立根（likan）以精湛 的实验技术验证了爱因斯坦的光电效应方程。 获得成就：爱因斯坦和密立根主要因光电效 应方面的杰出贡献分别荣获1921年和1923年 的诺贝尔物理学奖。
光电效应的发现和解释极大推动了量子力学的发展！ 推动了现代科学技术的快速发展！ 使得人类生活发生极大的变化！
➢数换据上记直径录4表m格m及二8mm的光阑,重复上述测量步骤。
577nm
UAK（V）
光阑2mm I（×10-12）
577nm 光阑4mm
577.0nm 光阑8mm
UAK（V） I（×10-12） UAK（V） I（×10-12）
普朗克常数的测量
3.验证光电管的饱和光电流与 入射光强的正比关系
➢ 将“电流量程”选择开关置于10-11A档，重新调节测试仪零 点。将电压调到25V，在同一谱线,在同一入射距离下,记录 光阑分别为2mm，4mm，8mm时对应的电流值。
大学物理实验测量与数据处理
N38.206213.248716.12551.3242
38.20626.497416.1256.6210
21.93324 21.933cm
这里因为161.25的末尾数数量 级最大，所以最终结果保留到
UN UA 2UB UC 5UD 0.001 20.0001 0.01 50.0001 0.0010.00020.010.0005 0.0117
实验4
实验2 实验27 实验19 实验16
(4-322) (5-201) (5-201) (5-203) (5-207)
实验23 (5-210)
14
期末考试
实验项目：
1． 实验二 2． 实验四 3． 实验八 4． 实验十二 5． 实验十四 6． 实验十六 7． 实验十八 8． 实验十九 9． 实验二十三 10．实验二十四 11．实验二十七
郑雅茹
25120142201460
曹馨元
B
25120142201461
组
25120142201462
25120142201463
25120142201464
25120142201465
25120142201466
25120142201467
25120142201468
25120142201469
25120142201470
UNUx Uy 2Uz
算术合成：
U N(U x)2(U y)2(2U z)2
几何合成：
<2> Qk(A2B2)，其k为 中常数 2
算术合成：
U Q k[2AA U 2 2BB U ]k(AA U BB U )
几何合成：
U Q (k 2 2 AA )U 2 (k 2 2 BB )U 2k(AA )U 2 (BB )U 2
大学物理实验实验25 光强分布的测定
实验目的
① 观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。
② 会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。
③ 学会用衍射法测量。
实验仪器
1 2 4 5
6
3
7
1—半导体激光器，2—可调宽狭缝，3—光导轨，4—小孔屏， 5—光电探头，6—一维光强测量装置，7—数字检流计。
实验原理
1．单缝衍射的光强分布 当光在传播过程中经过障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、 细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射 现象。如果障碍物的尺寸与波长相近，则衍射现象很容易观察 到。
实验内容与步骤
1．观察单缝衍射的光强分布
2．测量衍射条纹的相对强度分布
3．测量单缝的宽度（=635.0nm）
注意事项
① 实验中应避免硅光电池疲劳；避免强光直接照射加速老化。 ② 避免环境附加光强，实验应处于暗环境操作，否则应对数 据做修正。 ③ 测量时，应根据光强分布范围不同，选取不同的测量量程。
衍射现象是一切波所共有的特性，日常生活中声波、水波 、无线电波的衍射随时随地发生，易为人觉察，而光的衍 射却很难觉察，这是因为光的波长极短而普通光源又是非 相干光源。光的衍射现象是光的波动性的一种表现。衍射 现象的存在，深刻说明了光子的运动是受测不准关系制约 的，因此研究光的衍射，不仅有助于加深对光的本性的理 解，也是近代光学技术（如光谱分析、晶体分析、全息分 析、光学信息处理等）的实验基础。衍射导致光强在空间 的重新分布，利用光电传感器元件探测光强的相对变化， 是近代技术中常用的光强测量方法之一。
光强分布的测定
物理实验教学中心
实验背景
早在17世纪，意大利的F.M.格里马第就发现点光源照射物体时， 有时在该物体的影子边缘会出现彩带。格里马第称这种现象为 “衍射”。后来，英国科学家R.胡克也观察到类似的现象，但他们 都未能对衍射现象作出正确的解释。1818年，菲涅耳提出了今天 被称为惠更斯-菲涅耳原理的新理论，并创造了菲涅耳半波带法来 定量计算物体的衍射光强分布，菲涅耳的所有计算都与实验结果 相符。菲涅耳所做的衍射实验，其光源和观察屏距离衍射孔都不 是无限远，因而对衍射孔都有一个张角。而同一时期德国的夫琅 禾费采用入射光与出射光都是平行光来研究衍射现象，即光源和 光屏距离衍射物体都是无限远。我们把这种远场衍射方式产生的 衍射称为“夫琅禾费衍射”，而把前者称为“菲涅耳衍射”。可以看 夫琅禾费衍射是菲涅耳衍射的一种极限情形，数学上更容易处理。
大学物理实验分光计实验报告
分光计法测光栅常数3.7 分光计的调节及光栅常数的测定分光计又称光学测角仪，是一种分光测角光学实验仪器。
它常用来测量折射率、色散率、光波波长、光栅常数和观测光谱等。
分光计是一种具有代表性的基本光学仪器，学好分光计的调整和使用，可为今后使用其他精密光学仪器打下良好基础。
3.7.1 分光计的调节【实验目的】了解分光计的结构和基本原理，学习调整和使用方法。
【分光计的结构和原理】分光计主要由五个部分构成：底座、平行光管、自准直望远镜、载物台和读数装置。
不同型号分光计的光学原理基本相同。
JJY 型分光计如图3-7-1所示。
图3-7-1 JJY 型分光计12357648916101218(back)1711 1514 131920 2122231．狭缝装置 2．狭缝装置锁紧螺钉 3．平行光管 4．元件夹 5．望远镜 6．目镜锁紧螺钉 7．阿贝式自准直目镜 8．狭缝宽度调节旋钮 9．平行光管光轴高低调节螺钉 10．平行光管光轴水平调节螺钉 11．游标盘止动螺钉 12．游标盘微调螺钉 13．载物台调平螺钉（3只） 14．度盘 15．游标盘 16．度盘止动螺钉 17．底座 18．望远镜止动螺钉 19．载物台止动螺钉 20．望远镜微调螺钉 21．望远镜光轴水平调节螺钉 22．望远镜光轴高低调节螺钉 23．目镜视度调节手轮1．底座分光计底座（17）中心固定有一中心轴，望远镜、度盘和游标盘套在中心轴上，可绕中心轴旋转。
2．平行光管平行光管安装在固定立柱上，它的作用是产生平行光。
平行光管由狭缝和透镜组成，如图3-7-2。
狭缝宽度可调（范围0.02~2mm），透镜与狭缝间距可以通过伸缩狭缝筒进行调节。
当狭缝位于透镜焦平面上时，由狭缝经过透镜出射的光为平行光。
图3-7-2 平行光管3．自准直望远镜阿贝式自准直望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起并套装在度盘上。
它用来观察和确定光线行进方向。
自准直望远镜由物镜、目镜、分划板等组成（如图3-7-3），三者间距可调。
光强和光电流的关系规律
光强和光电流的关系规律一、引言光强与光电流的关系是光电效应中的核心内容。
了解这一关系规律对于理解光电效应的基本原理以及实际应用具有重要意义。
本文将详细介绍光强和光电流之间的主要关系规律。
二、光强与光电流正比在一定条件下，光强与光电流成正比。
当入射光的强度增加时，光电流也会相应增加。
这是因为入射光的强度直接决定了单位时间内被吸收的光子数量，从而影响了光电流的大小。
这一规律在一定范围内适用，具体条件和范围需结合具体实验或应用场景进行确定。
三、光电效应限制光电效应是一种物理现象，即光照射在物质表面上时，物质会吸收光能并释放电子，产生电流。
然而，光电效应的发生受到一定限制，当光的频率低于某一阈值时，无论光强多大，都不会产生电流。
这一阈值与物质的性质有关，不同的物质有不同的阈值。
四、光饱和现象当入射光的强度增加到一定程度时，光电流的增加会变得缓慢，甚至不再增加，这种现象称为光饱和现象。
光饱和现象是由于单位时间内吸收的光子数量达到饱和状态，无法再增加，因此光电流也达到了最大值。
这一现象的存在提示我们，在应用光电效应时要注意光的强度不能超过一定限度，以免造成资源的浪费或设备的损坏。
五、光强与光电流的非线性关系在某些情况下，光强与光电流之间的关系呈现出非线性关系。
例如，当光照射在具有多个吸收峰的物质表面上时，不同波长的光会对不同数量的电子产生激发作用，导致光电流与光强之间呈现出非线性关系。
此外，当光的强度过高时，也会导致电子释放过程中的碰撞等效应增强，从而影响电流的大小和分布。
六、环境因素影响环境因素如温度、湿度等也会对光强和光电流的关系产生影响。
在高温或高湿度环境下，物质的性质可能会发生变化，如导电性能的提高或吸收峰的移动等，从而影响光电流的大小和分布。
因此，在实际应用中要注意环境因素的影响，并进行相应的修正和补偿。
七、光的波长影响光的波长对光电效应的影响主要体现在物质的吸收谱和激发谱上。
不同波长的光对应于不同的能量，而不同能量的光子能够激发不同能级的电子。
光强与电流的关系公式
光强与电流的关系公式
1. 光电效应中的光强与电流关系。
- 在光电效应中，光强与光电流存在一定关系。
- 首先明确几个概念：
- 光强I（单位时间内通过垂直于光传播方向单位面积的能量），I = nhν，其中n是单位时间内通过单位面积的光子数，h是普朗克常量，ν是光的频率。
- 根据光电效应方程hν=W + E_km（W为金属的逸出功，E_km为光电子的最大初动能）。
- 当光照射到金属表面时，单位时间内逸出的光电子数与单位时间内照射到金属表面的光子数成正比。
光强越大，单位时间内照射到金属表面的光子数n越多，逸出的光电子数也就越多。
- 在光电管两端加上正向电压时，光电流I_p（光电子形成的电流）与光强I 的关系为I_p∝ I。
在没有达到饱和光电流之前，光电流随光强的增大而增大。
- 当电压增大到一定程度时，所有逸出的光电子都被收集到阳极，此时光电流达到饱和，饱和光电流I_s与光强I的关系为I_s= ne（e为电子电荷量），其中n是单位时间内逸出的光电子数，它与光强成正比。
2. 一般情况下光电器件中光强与电流的近似关系（简单理解）
- 对于一些光电器件（如光敏电阻等），在一定范围内，光强I与光电流i也近似满足i = kI的关系，其中k是一个与光电器件本身特性有关的系数。
不过这种关系只是一种近似的线性关系，在实际情况中，由于光电器件的非线性特性等因素影响，当光强变化较大时可能会偏离这种简单的线性关系。
大学物理太阳能电池实验报告数据处理
单缝衍射的光强分布
深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（一）实验名称：单缝衍射的光强分布学院：专业：班级：组号：指导教师：报告人：学号：实验时间：年月日星期实验地点科技楼90实验报告提交时间：一、实验目的１．观察单缝衍射现象及其特点； ２．测量单缝衍射的光强分布；３．用单缝衍射的规律计算单缝缝宽；二、实验原理：光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。
当障碍物的大小与光的波长大得不多时，如狭缝、小孔、小圆屏、毛发、细针、金属丝等，就能观察到明显的光的衍射现象，亦即光线偏离直线路程的现象。
光的衍射分为夫琅和费衍射与费涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。
本实验只研究夫琅和费衍射。
理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。
单缝的夫琅和费衍射光路图如下图所示。
a. 理论上可以证明只要满足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域：L a 82>>λ或82a L >>λ式中：a 为狭缝宽度；L 为狭缝与屏之间的距离；λ为入射光的波长。
可以对L 的取值范围进行估算：实验时，若取m a 4101-⨯≤，入射光是Ne He -激光，其波长为632.80nm ，cm cm a 26.12≈=λ，所以只要取cm L 20≥，就可满足夫琅和费衍射的远场条件。
但实验证明，取cm L 50≈，结果较为理想。
b. 根据惠更斯－费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律：20)/(sin u u I I= 式中： λϕπ/)sin (a u =暗纹条件：由上式知，暗条纹即0=I 出现在λϕπ/)sin (a u =π±=，π2±=，…即暗纹条件为λϕk a =sin ，1±=k ，2±=k ，…明纹条件：求I 为极值的各处，即可得出明纹条件。
令0)/(sin 22=u u dud推得 u u tan =此为超越函数，同图解法求得：0=u ，π43.1±，π46.2±，π47.3±，… 即 0sin =ϕa ，π43.1±，π46.2±，π47.3±，…可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件2/)12(sin λϕ+±k a ，1=k ，2，3，…只是近似准确的。
光电效应实验教学中饱和光电流与入射光强成正比的实验探讨
光电效应实验教学中饱和光电流与入射光强成正比的实验探讨杨骏骏;何光宏;李巧梅;潘量;徐玮婧;韩忠【摘要】在光电效应实验教学中,验证饱和光电流与入射光强的正比例关系实验中主要有两大实验方法改变光强:改变距离和改变光阑面积.为了更好地验证该规律,本文从2个实验方法出发,使用现有实验仪器,通过控制不同的变量研究光电管的伏安特性曲线,通过对实验数据处理和分析,找到了相应的、更好的实验参量,通过比较可知改变光阑面积为更优实验方法.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2019(039)002【总页数】4页(P24-27)【关键词】光电效应;饱和光电流;光阑【作者】杨骏骏;何光宏;李巧梅;潘量;徐玮婧;韩忠【作者单位】重庆大学物理实验教学中心 ,重庆401331;重庆大学物理实验教学中心 ,重庆401331;重庆大学物理实验教学中心 ,重庆401331;重庆大学物理实验教学中心 ,重庆401331;重庆大学物理实验教学中心 ,重庆401331;重庆大学物理实验教学中心 ,重庆401331【正文语种】中文【中图分类】O482.71905年，爱因斯坦推广运用普朗克的量子假说，提出“光量子”概念，成功解释了光电效应，使人们对光的本性认识有了新的飞跃，推动了量子理论的发展. 其实验原理[1]如图1所示. 图1中UAK为负时，可以在电极A和K之间形成拒斥电场，阻止光电子向阳极A运动，从而测量不同波长的截止电压Us，达到测量普朗克常量的目的. 各大高校均开设了此项实验项目，并对影响测量的各项因素都做了实验及理论研究[2-4]. 当UAK为正时，电极A和K之间形成加速电场，从而研究光电管的伏安特性曲线[5-6]，在光电效应教学过程中，为了让学生更深入理解光电效应实验规律，图1 光电效应实验原理图实验中心开设了验证入射光强与饱和光电流成正比的实验内容，本文将从2种实验方法上进行实验，以探讨在现有实验条件下如何更好地验证该实验规律.1 实验方案实验中心目前采用ZKY-GD-3型光电效应实验仪进行教学，因此本文使用正常工作的该型号光电效应实验仪进行实验. 实验仪电压可从-2～30 V可调，电流表为三位半数显，10-8～10-13共6挡可调；导轨标尺0～400 mm，汞灯光源固定在0 mm位置，光电管的位置可从300～400 mm可调；同时配套有365 nm，405 nm，436 nm，546 nm，577 nm等5种滤色片，以及3个不同直径的小孔光阑，分别为2 mm，4 mm，8 mm. 已知光电管的饱和光电流与入射光强成正比，而光电管上的光强与光阑面积成正比且与光源同光电管距离平方成反比(与1/d2成正比)，因此可以从验证饱和光电流与光阑面积成正比或与1/d2成正比来进行实验.2 分析比较本文共测量了5种不同频率的光在300 mm，350 mm，400 mm的距离下分别选用3种光阑的45组伏安特性数据，其I-V曲线如图2所示.图2 伏安特性曲线从图2中可知，当电压调至30 V时，电流变化已相对趋于平缓，因此30 V所对应的电流值即可近视为饱和光电流. 为在教学中获得更好的验证饱和光电流与入射光强的正比例关系的实验参量，实验采用了控制变量法，通过改变不同入射距离、光阑孔、入射光频率来观察其线性拟合情况.2.1 不同d的线性分析首先选择直径为2 mm的小孔光阑，设置光电管在300 mm,350 mm,400 mm 的不同距离处，分别测出5种不同频率光所对应饱和光电流. 再分别选用直径为4 mm,8 mm的小孔光阑重复实验，并分析饱和光电流IM与1/d2的线性关系，如图3所示.由图3可知，405 nm和436 nm谱线的实验结果拟合直线的拟合优度更高；同种波长采用不同光阑来比较线性关系，大致上光阑直径越小，拟合直线的拟合优度更高. 因此，在实验过程中应选择较小直径的小孔光阑，以得到更好的实验结果. 整体来看，通过改变光源同光电管距离来改变光强，从而验证饱和光电流与入射光强正比，得到的直线拟合的拟合优度都较好.(a)365 nm(b)405 nm(c)436 nm(d)546 nm(e)577 nm图3 IM-d-2拟合图2.2 不同光阑的线性分析由前面所测出的45组伏安特性数据换角度分析. 先设置光电管在300 mm处，选用直径分别为2 mm,4 mm,8 mm的小孔光阑，分析5种不同频率光所对应饱和光电流与光阑面积的线性关系. 再更改光电管位置为350 mm和400 mm的不同距离处，重复上述实验过程，对实验数据分析如图4所示.(a)365 nm(b)405 nm(c)436 nm(d)546 nm(e)577 nm图4 IM-S拟合图由图4分析可知，长波较短波的实验结果拟合直线的拟合优度更高；对每种谱线单独分析可知，光电管与光源距离较长时，实验结果拟合直线的拟合优度更高. 总体来看，通过改变不同光阑来改变入射光强，得到实验结果拟合优度都较高.3 实验教学中更好的实验参量分析比较2种方法，通过改变距离来改变光强所得到的实验结果拟合直线R2大部分都低于0.99，而通过改变不同光阑来改变光强所得到的实验结果拟合优度明显比前者高的多，R2都在0.99以上. 因此，在实验教学中，2种方法均可验证光电效应实验规律，但相对之下的第2种方法，即改变光阑面积来改变入射光强，可以更好地验证饱和光电流与入射光强成正比.如果采用改变入射距离来改变光强，可选用直径较小的2 mm小孔光阑，入射光波长可以选择436 nm或者405 nm，以便得到更好的实验结果，从而验证实验规律. 假若采用改变小孔光阑面积来改变光强，可以选用长波入射光以及将光电管与光源距离调整为350～400 mm以得到最佳实验结果.4 结束语通过控制变量法，测试了不同工作参量组合下的光电管伏安特性曲线，进一步从2种不同的实验方法上去验证光电效应规律，分别总结了对现用仪器的相应较好的实验参量. 并对比分析了2种实验方法的准确度，总结出在现有实验条件下，采用改变光阑面积来改变光强为更好的实验方法.【相关文献】[1] 何光宏，汪涛，韩忠，等. 大学物理实验[M]. 北京：科学出版社，2017:140-144.[2] 张风昀，王雪鹏，隋宏光，等. 光电效应实验中光阑大小和光电管接收距离对实验结果影响分析[J]. 实验科学与技术，2017(4)：1-6.[3] 吕佩伟，施洋，马宋设，等. 光电效应实验中光阑大小对实验结果影响的探讨[J]. 大学物理实验, 2014，27(3):68-70.[4] 倪牟翠,王志军,王连元. 在等光子数条件下比较不同波长入射光的光电效应[J]. 大学物理,2015，34(7):30-32.[5] 王林香. 光电效应伏安特性实验改进研究[J]. 大学物理实验,2016，29(1):60-62.[6] 陈小凡. 光电效应实验中的伏安特性曲线[J]. 大学物理实验,2014，27(3):71-72.[7] 陈彪,杜晓燕,门高夫.关于开设内光电效应实验的探索与思考[J]. 物理实验，2015，35(1)：:31-32,37.[8] 彭辉丽,陈晓明,隋成华.基于PASCO平台的光电效应实验[J]. 物理实验，2013, 33(4)：28-32.[9] 林晓珑，何春凤，冯毅，等.光电效应物理演示实验仪器的研究与设计[J]. 物理实验，2011,31(12):8-10.[10] 杨振乾,王鑫园,苏为宁. 光电效应实验中截止电压随光强变化原因的探索[J]. 物理实验，2014,34 (6): 30-33.。
《光的衍射》大学物理实验报告(有数据)
3.5光的衍射一、实验目的（1）观察单缝衍射现象（2）测定单缝衍射的相对光强分布（3）应用单缝衍射的分布规律测定单缝的宽度二、实验仪器GSZ-Ⅱ光学平台（配有光具座、氦氖激光器及电源、狭缝、光电转换器、观察屏、数字式灵敏检流计等）。
三、实验原理（1）光的衍射：光在传播的过程中遇到障碍物会绕过障碍物继续传播，到达沿直线传播所不能到达的区域，并形成明暗条纹。
只有当障碍物的线度和光波的波长可以相比拟时，衍射现象才明显地表现出来。
（2）根据光源和观察屏到障碍物的距离的不同可以把衍射现象分为两大类。
菲涅尔衍射/近场衍射：光源与观察屏之间的距离或光源与障碍物之间的距离是有限的；夫琅禾费衍射/远场衍射：光源到障碍物的距离及观察屏到障碍物之间的距离都为无限大，即平行光入射、平行光出射。
单缝衍射光强分布图四、实验步骤1.观察夫琅禾费单缝衍射现象安排实验光路，调节各光学元件至等高同轴，是激光束垂直照射单缝，调节单缝的宽度和观察屏到单缝的距离使观察屏上出现清晰明显的衍射条纹，然后进行以下操作：（1）改变单缝宽度，观察并记录衍射条纹的变化规律（2）改变单缝到观察屏之间的距离，观察并记录衍射条纹的变化规律（3）移去观察屏，换上光电转换器，是数字是灵敏检流计与之相连。
调节光电转换器的移位螺钉，测出中央极大光强I o和k=∓1,∓2,∓3级的次级大光强=0.047,0.017,0.008。
I k,检验理论结果I kI o（4）观察夫琅禾费圆孔衍射现象。
理论结果表明，夫琅禾费单缝衍射的∓1级次级大光强还不到主极大光强的百分之五。
当数字式灵敏检流计的数字显示为“1”时，表示此时已超出检流计量程，需减小单缝的宽度或者让光电转换器远离单缝。
2.观察菲涅尔单缝衍射现象安排好实验光路，在激光与单缝之间插入一扩束镜使激光束发散后照射单缝产生菲涅尔衍射。
调节单缝宽度和观察屏到单缝的距离使观察屏上出现清晰明显的衍射条纹，然后进行：（1）改变缝宽，观察并记录衍射条纹的变化规律。
光电效应实验：光电流和光强的关系研究
实验目的
测量光电流 随光强变化
情况
认识光电效 应在光电子 学中的重要
性
91%
探究光电效 应的规律
实验原理
光子能量足够大时，可以将金属中 的束缚电子击出金属表面，形成电 01 子流
光电流大小与光强、波长等因素有 02 关
03
实验装置
光源
为实验提供光照射
光电管
用于接收光子并产生光电 流
电流计
测量光电流的大小
01 关系存在
验证了光电流与光强关系的实验数据
02 应用广泛
光电效应在通信、能源等领域有着重要应用
03 未来展望
光电效应在科技发展中将继续发挥重要作用
经验总结
实验方法
学会了如何进行光电效应 实验
数据处理
掌握了数据处理的基本方 法
结果分析
学习了如何分析实验结果
91%
实验经验
积累了实验经验，提升了 实验能力
实验总结
理解光电效 应
总结光电效应的 基本原理
数据处理能 力
分析实验数据并 得出结论
91%
提高实验操 作能力
熟练掌握实验设 备的操作技巧
感想与展望
通过本次实验，对光 电效应有了更深入的 理解，希望在未来的 学习中继续探索光电 子学的知识，不断提 升自己的专业能力。
● 06
第六章 总结
实验结论
实验讨论
探讨光电效 应机理
深入研究光电效 应的基本原理
后续研究建 议
提出对光电效应 实验的未来研究
方向
91%
光电流与光 强关系
进一步分析光电 流与光强之间的
具体关系
实验结论
光电流与光强关系
实验25 光强分布的测定_大学物理实验_[共4页]
![实验25 光强分布的测定_大学物理实验_[共4页]](https://img.taocdn.com/s3/m/8ee9c810aa00b52acfc7cafb.png)
第3篇 提高性实验173标尺读数n 2。
③ 停止加热，测出平面镜到标尺的距离B 。
取下光杠杆用印迹法测量b 。
使仪器冷却，换另一金属棒重复以上步骤。
求出待测金属的线胀系数；并与其理论值比较，求出相对误差。
五、数据记录及处理将数据记录于表3.21中。
表3.21 数据记录 材料 t 1（℃）n 1（mm ）t 2（℃）n 2（mm ）L （mm ）B （mm ）b （mm ）根据公式2121()=2()n n bLB t t α--求出金属的线胀系数。
六、注意事项① 仪器安装时，金属杆下端要与底座接触。
② 实验过程中，望远镜、标尺、光杆杠等不能有任何移动，仪器不能有内部的任何变动和外部的任何干扰。
③ 实验操作中，加热时间不能太长，如测n 2时，温度达到100℃左右并保持3～4min 不变即可。
加热时间过长，仪器支架受热伸长，将直接影响测量结果。
④ 在蒸汽发生器加热过程中，不要直接接触蒸汽发生器，以免被烫伤。
七、思考题① 金属杆两端都有一小部分伸出加热筒之外，这对测量结果是否有很大影响？ ② 仪器安装时，金属杆下端为什么要与底座接触？ ③ 如何增大或减小光杠杆的放大倍数？④ 利用误差传递公式，分析实验中哪些量测量的误差对结果的影响较大，为什么？实验25 光强分布的测定早在17世纪，意大利的F.M.格里马第就发现点光源照射物体时，有时在该物体的影子边缘会出现彩带。
格里马第称这种现象为“衍射”。
后来，英国科学家R.胡克（R.Hooke ）也观察到类似的现象，但他们都未能对衍射现象作出正确的解释。
1818年，菲涅耳提出了今天被称为惠更斯-菲涅耳原理的新理论，并创造了菲涅耳半波带法来定量计算物体的衍射光强分布，菲涅耳的所有计算都与实验结果相符。
菲涅耳所做的衍射实验，其光源和观察屏距离衍射孔都不是无限远，因而对衍射孔都有一个张角。
而同一时期德国的夫琅禾费采用入射光与出射光都是平行光来研究衍射现象，即光源和光屏距离衍射物体都是无限远。