普朗克常数测量的实验(参考内容)

普朗克常数测量的实验

一、实验仪器

GD-4型智能光电效应(普朗克常数)实验仪(由光电检测装置和实验仪主机两部分组成)

光电检测装置包括：光电管暗箱GDX-1，高压汞灯箱GDX-2；高压汞灯电源GDX-3和实验基准平台GDX-4。

二、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。

三、实验原理

1、普朗克常数的测定

根据爱因斯坦的光电效应方程：

P s E hv W =- （1）

(其中：P E 是电子的动能，hv 是光子的能量，v 是光的频率，s W 是逸出功, h 是普朗克常量。)

s W 是材料本身的属性，所以对于同一种材料s W 是一样的。当光子的能量s hv W <时不能产

生光电子，即存在一个产生光电效应的截止频率0v （0/s v W h =）

实验中：将A 和K 间加上反向电压KA U (A 接负极),它对光电子运动起减速作用.随着反向电压KA U 的增加,到达阳极的光电子的数目相应减少,光电流减小。当KA s U U =时，光电流降为零，此时光电子的初动能全部用于克服反向电场的作用。即

s P eU E = （2）

这时的反向电压叫截止电压。入射光频率不同时，截止电压也不同。将（2）式代入（1）式，

得

0s h

U v v e

=-（）

（3） （其中0/s v W h =）式中h e 、都是常量，对同一光电管0v 也是常量，实验中测量不同频率下的s U ，做出s U v -曲线。在（3）式得到满足的条件下，这是一条直线。 若电子电荷e ，由斜率h

k e

=

可以求出普朗克常数h 。由直线O s U v

0v

/s W e

图（2）

V

G

A K

图（1）

上的截距可以求出溢出功s W ，由直线在v 轴上的截距可以求出截止频率0v 。如图（2）所示。

2、测量光电管的伏安特性曲线

在照射光的强度一定的情况下，光电管中的电流I 与光电管两端的电压AK U 之间存在着一定的关系。

四、实验内容

1、将仪器的连线接好；

2、经老师确认后，接通电源预热仪器20分钟；

3、熟悉仪器，进行一些简单的操作，并将仪器调零；

4、普朗克常数的测定

选定某一光阑孔径为Φ的光阑（记录其数值），在不改变光源与光电管之间的距离L 的情况下，选用不同滤色片（分别有λ为400nm ，430nm ，460nm ，490nm ，520nm ），调节光电管两端的电压AK U ，使得光电管中的电流为0，将此时光电管两端的电压表示为s U （称为截止电压），将其记录下来；

5、测量光电管的伏安特性曲线 观察5条谱线在同一光阑孔径为Φ（记录其数值），在不改变光源与光电管之间的距离L （记录其数值）的情况下，改变光电管两端的电压AK U （范围在150V -~），记录电压AK U 和对应的光电流I 。

五、数据的测量与处理

M I

s U

AK U I

2、测光电管的伏安特性曲线：

波长为400nm 对应的AK I U -表 mm Φ=，L mm =

AK U （V ）

-2.50 -2.25 -2.00 -1.75 -1.50 -1.25 -1.20 -1.15 -1.10 -1.05 I ⨯-10

（10A ）

-26.0 -25.0 -24.2 -23.0 -22.0 -18.0 -16.5 -14.5 -12.0 -8.8 AK U （V ）

-1.00 -0.97 0.00 0.25 0.5 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75

I ⨯-10

（10A ）

-4.0

0.0

2.20 2.70

3.00 3.30 3.60 3.80 3.90

4.00

波长为430nm 对应的AK I U -表

mm Φ=

，L mm

=

AK U （V ）

-2.50 -2.25 -2.00 -1.75 -1.50 -1.25 -1.15 -1.10 -1.05 -1.00 I ⨯-10（10A ）

-34.0 -33.0 -32.0 -30.0 -29.0 -26.8 -25.0 -24.0 -21.0 -18.0 AK U （V ）

-0.95 -0.90 -0.84 0 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50

I ⨯-10

（10A ）

-13.0 -8.0

3.00 3.90

4.40 4.80

5.10 5.40 5.60

波长为460nm 对应的AK I U -表

mm Φ=

，L mm =