光电效应实验报告

光电效应
实验目的
1.了解光电效应的原理和现象以及遏止电压的测定方法，观察遏止电压与光
频率的关系。

2.了解普朗克常量的测定方法。

3.了解电流与光强的关系以及饱和电流的测定方法。

实验器材
汞灯、光电管、光电效应测试仪
实验原理
当单色光照射在阴极板上，光将表现出粒子性，其光子能量部分W0被极板吸收，剩下的部分能量全部转化为电子的动能从极板射出。

形成的电流可以使断开的电路被
接通。

实验原理示意图如下。

满足方程如下：
1
mv2=hγ−W0
2
通过施加反相电压，可以生成电场，抑制电子的移动。

当电流正好为0时，满
足1
mv2=eU a。

这个U a即为遏制电压。

2
S为真空光电管，K为阴极，A为阳极。

形成的电流与电源施加的反向电压关系如下图所示。

这是光电管的伏安特性方程。

与X轴的交点横坐标是遏止电压−u0，与Y轴的交点坐标是不施加电压时，仅仅由光电效应发射电子产生的电流大小。

随着电压的增大，电流大小最终将趋于某个最大值I0。

通过测量同一光线下不同电压的电流值，使加入的电压正好使电流为0，此时电压的大小即为遏止电压。

上文得知，遏制电压和入射光频率满足线性关系：
eU a=hγ−W0
可做如下变形：
U a=h
e
γ−
W0
e
上式可知，遏制电压与频率关系斜率的e倍，即为要求的普朗克常量。

照射光的光强将影响光电效应产生的电流大小。

通过施加正向电压，电流值也会有所改变，最终将趋于某一极限值，成为饱和电流值。

由于光电管的内阻很高，光电流如此之微弱，因此测量中要注意抗外界电磁干扰。

并避免光直接照射阳极和防止杂散光干扰。

实验步骤
(1)施加反向电压测量遏制电压和普朗克常量
1)摆放器材
将汞灯和光电管摆放在同一直线上，连接光电效应测试仪线路，打开电
源不摘下遮盖，打开光电管遮盖，放上365nm滤波片，再摘下汞灯遮
盖。

2)设置调整数值
施加3V反向电压，调整汞灯与光电管之间的距离，使电流表数值刚好
为-0.24μA
3)记录数据
更换其他频率的滤波片，使电压从0V开始逐渐增加，每0.2V记录一
次电流大小，直至电流到达0V，这时施加的反向电压即为该频率光的
遏制电压。

4)多次试验
更换其他滤波片，重复第三步骤
5)计算普朗克常量
观察遏制电压之间的关系，画出一阶线性图，其斜率的e倍即为普朗克
，比较实验测量值的相对误差
常量。

通过公式η=h−h0
h0
(2)测定不同光强的饱和电流
1)调整器材
将汞灯上放置100%遮光片，调整电压为正向电压
2)增加电压
正向电压从零开始增加，每1V记录一次电流值，记录到10V
3)记录数据
电流数值最终趋于稳定，其值即为饱和电流
4)多次试验
分别更换50%、25%、10%遮光片，重复上述步骤实验数据
（1）
-2
-1
1
2
3
截止电压/V
k=0.447×1014
h=k*e=0.447×10−14× 1.6×10−19=7.04×10−34 J ·s 相对误差η
=
h−h 0h 0
=
7.04×10−34−6.606×10−34
6.606×10−34
×100%=
−10.6%
由此可见，误差略大
电
流
电压（2）
答：
1.光电效应射入的光子会使阴极的电子以一定初速度射出，形成电流
2.用逸出功小的金属做阴极是为了扩大可使用的光线频率范围;使用逸出功大
的金属做阳极是因为无法做到完全避光，阳极逸出功大可以减小阳极发生
光电效应影响实验数据
3.避免背景光发成强烈变化，以及单色光的获取，获得伏安特性曲线
在不接输入信号的状态下对微电流测量装置调零。

以365nm为例，把
365nm的滤波片放到光电管上，此时把电表显示的值调节为0V，打开汞
灯遮光盖。

逐步升高反向电压，当电压到达某一数值，输出电流为零时，
记录对应的电压为Ua，该电压即为365nm单色光的截止电压
实验心得
第一个实验的数据测了两次，第一次由于粗心误差太大，太过于粗糙，于是又测了一次，虽然还是不咋地，但是比第一次好了些。

因此实验要细心，不然会白白浪费时间。