物理实验报告 普朗克常数测定

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物理实验报告

光电效应及普朗克常数的测定

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2012/3/29

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【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。

【实验原理】

光电效应的实验原理如图 1 所示。当入射光照射到光电

管阴极K上时，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，测量光电流I的大小，即可

得出光电管的伏安特性曲线。

1．光电效应的基本特点：

（1）对应于某一频率光的光电效应，I—U AK关系如图2 所

图l 实验原理图

示。可见，对一定的频率，存在一电压U0，当U AK≤U0时，

电流为零，U0被称为截止电压，它与阴极材料的构成有关。

（2）当U AK≥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，如图 3 所示。

（4）作截止电压U0与频率ν的关系图如图4 所示。0与ν成正比关系。U但当入射光频率低于某极限值ν0 (ν0不同金属有不同的值)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ν0，一旦光照射靶上立即就有光电子产生。从光照射到光电子产生的间隔至多为10-9秒的数量级。

2．光电效应的基本解释

按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率(或波长)的概念，频率为ν 的光子具有能量E=hν，h 为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的某个电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把吸收光子的能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为该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：

式中，A 为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。

由该式可见，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，也会有电子穿过两极间的势垒到达阳极形成光电流，直至阳极电位等于截止电压，这时光电流才为零，

此时有关系：

当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，这时光电流出现饱和。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hν0

将两式相代可得：

此式表明截止电压Uo 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。

【实验仪器】

ZKY-GD-4 智能光电效应实验

仪

【实验内容和步骤】

测试前准备：

✓将实验仪及汞灯电源接通(汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上)，预热20 分钟。

✓调整光电管与汞灯距离为约40cm 并保持不变。

✓按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态。

1．测普朗克常数h（手动测量）

a)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10-14 A。

b)使“手动／自动”模式键处于手

动模式。

c)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。

d)此时电压表显示U Ax的值，单位为伏；电流表显示与U Ax对应的电流值I，从低到高

调节电压(绝对值减小)，观察电流值的变化，寻找电流刚好为零时对应的U AK，以

其绝对值作为该波长对应的U0的值。

2．测光电管的伏安特性曲线

a)测量时，“伏安特性测试／截止电压测试”状态键应为伏安特性测试状态。“电流

量程”开关应拨至10-11A档，并重新调零。

b)将直径4mm 的光阑及所选谱线的滤色片装在光电管暗箱光输入口上。

c)分别测量五种滤光片从0-50V，每间隔2V，所得到的电流值。

3．测电流与光阑的关系

a)选定一个波长的滤光片，装好。

b)在L=400mm,的条件下

c)测出不同光阑直径()的电流并作图

4．测电流与距离L的关系

选择一个波长的滤光片装好；

在=4mm，U=20V的条件下

测量不同距离（L=300mm,L=350mm,L=400mm）的电流并作图【实验数据】

1、测普朗克常数h（手动测量）

由最小二乘法求最佳线性公式

有公式：y=A+Bx

B= A=

2、测光电管的伏安特性曲线啊

3、测电流与光阑的关系

λ=436nm L=400mm U=20V

4、测电流与距离L的关系

λ=436nm Φ=4mm U=20V

【思考题】

1、光电流是如何产生的？测量它有何意义？

2、反向电流如何形成？它对截止电压的测量有何影响？如何判断它的大小？

3、如何减少漏电流的影响？如何判断他的大小？

漏电流应该是由于电子吸收光子超各个方向飞去产生的