光电效应实验报告.doc

广州大学学生实验报告院（系）名称班别姓名专业名称学号实验课程名称实验项目名称实验时间实验地点实验成绩指导老师签名内容包含：实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果与分析、实验心得【实验目的】1.通过实验加深对光的量子性的认识； 2.用最高频滤波片，测量光电管的伏安特性曲线； 3.通过光电管的弱电流特性，测出不同频率下的遏止电压（三种方法任选其一），求出普朗克常量；【实验使用仪器与材料】高压汞灯、干涉滤光片、光阑，光电效应实验仪【实验步骤】1.测试前准备 仔细阅读光电效应实验指导及操作说明书。 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。用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与实验仪电压输出端（后面板上）连接起来（红红，蓝蓝）。2.测光电管伏安特性曲线 将“电流量程”选择开关置于所选档位（-2V-30V）（测伏安特性时处于10-10A档），进行测试前调零。光电效应实验仪在开机或改变电流量程后，都会自动进入调零状态。调零时应将高低杠暗箱电流输出端K与实验仪微电流输入端断开，旋转“调零”旋钮使电流指示为000.0。调节好后，用专用电缆将电流输入连接起来，系统进入测试状态。将“伏安特性测试/遏止电压测试”状态键切换到伏安特性测试档位。将直径4mm的光阑及0.365nm滤色片装在光电管暗箱光输入口上 测伏安特性曲线时，电压调节的范围为-230V，步长自定。 记录所测UAK及I的数据，在坐标纸上作出上述给定波长的伏安特性曲线。 3.测量遏止电压，求得朗克常量h 测量遏止电压时，“电流量程”开关应处于10-12A档将直径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。此时电压表显示UAK的值，单位为伏；电流表显示与UAK对应的电流值I，单位为所选择的“电流量程”。 零电流法：在测量各谱线的遏止电压0U时，可采用零电流法，即直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压UAK的绝对值作为遏止电压0U。此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，用零电流法测得的遏止电压与真实值相差较小。且各谱线的遏止电压都相差 U对0Uv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。从低（-2 V）到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的U，以其绝对值作为该波长对应的U的值。【实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）】表1-1：不同频率下的遏止电压表（nm）365404.7435.8546.1577v（1014）8.2197.4136.8845.4935.199|Ua|(v)1.7271.3571.1290.5440.418表1-2：=365（nm）时不同电压下对应的电流值U/(v)-1.927-1.827-1.727-1.627-1.527-1.427-1.327I/(10-11)A-0.4-0.200.93.98.214U/(v)-1.227-1.127-1.027-0.927-0.827-0.727-0.718I/(10-11)A24.238.152668097.2100 表1-3：=404.7（nm）时不同电压下对应的电流值U/(v)-1.477-1.417-1.357-1.297-1237-1.177-1.117I/(10-11)A-1-0.401.84.11016.2U/(v)-1.057-0.997-0.937-0.877-0.817-0.757-0.737I/(10-11)A24.236.249.863.98093.9100表1-4：=435.8（nm）时不同电压下对应的电流值U/(v)-1.229-1.179-1.129-1.079-1.029-0.979-0.929I/(10-11)A-1.8-0.4024.210.217.9U/(v)-0.879-0.829-0.779-0.729-0.679-0.629-0.575I/(10-11)A24.836475971.683.8100 表1-5：=546.1（nm）时不同电压下对应的电流值U/(v)-0.604-0.574-0.544-0.54-0.484-0.454-0.424I/(10-11)A-4-203.81016.224U/(v)-0.394-0.364-0.334-0.304-0.274-0.244-0.242I/(10-11)A344656.27284.298.2100表1-6：=577（nm）时不同电压下对应的电流值U/(v)-0.478-0.448-0.418-0.388-0.358-0.328-0.298I/(10-11)A-31-1.802610.216.1U/(v)-0.268-0.238-0.208-0.178-0.1480.118-0.088I/(10-11)A22.131.839.8495868.279.8U/(v)-0.058-0.04I/(10-11)A90.1100原始记录：波长（nm）电压（V）电流（1014A）频率(1014Hz)第一组365-1.79408.214第二组405-1.47807.408第三组435-1.27306.879第四组546-0.62005.49数据处理：将数据代入公式得：第一、第二组：h16.23*10-34J*s第二、第三组：h26.23*10-34J*s第三、第四组：h36.15*10-34J*s第一、第四组：h36.18*10-34J*s h平均6.20*10-34J*s 绝对误差：6.20*10-34J*s-6.626*10-34J*s=-0.426*10-34J*s相对误差：（6.20*10-34J*s-6.626*10-34J*s）/6.626*10-34J*s=-0.064拐点与频率的关系：波长Vnm577546.1435.8404.7365频率f（*1014）5.205.496.887.418.22U(v)-0.268-0.514-0.929-1.057-1.427计算：K=(-1.427+0.268) /（8.22-5.2）*1014=3.8*10-15 h=ek=1.6*10-19*3.8*10-15 =6.14*10-34（6.6-6.4）*10-34/6.6*10-34*100%=3%【实验结果与分析】1.通过上面的数据分析，得到的普朗克常量为6.14*10-34与实际普朗克常量有一定误差，但在误差允许范围内5%.本实验中应用不同的方法都测出了普朗克常数，但都有一定的实验误差，据分析误差产生原因是：1.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；3.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3.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。1968年Teich 和Wolga用GaAs激光器发射的hn=1.48eV的光子照射逸出功为A=2.3eV的钠金属时，发现光电流与光强的平方成正比。按爱因斯坦方程，光子的频率处于钠的阀频率以下，不会有光电子发射，然而新现象却发生了，不但有光电子发射，而且光电流不是与光强成正比，而是与光强的平方成正比。于是，人们设想光子间进行了“合作”，两个光子同时被电子吸收得以跃过表面能垒，称为双光子光电发射。后来，进一步的实验表明，可以三个、多个、甚至40个光子同时被电子吸收而发射光电子，称为多光子光电发射。人们推断，n光子的光电发射过程的光电流似乎应与光强的n次方成正比。4.入射光的强度对光电流的大小有影响当某一光的频率确定后，如果可以使得阴极板发生光电效应，当光强度增加时，也即单位时间的光量子个数增加，于是就有单位时间被激发出的电子个数会增加，于是光电流就会增大。当某一光的频率不足以使得阴极板发生光电效应时，光强的增减对光电流无影响，因为至始至终都不会有光电流。【实验心得】通过这次的实验加深了对光的量子性的认识；学会使用用最高频滤波片，测量光电管的伏安特性曲线；通过光电管的弱电流特性，测出不同频率下的遏止电压，最重要的是通过自己实验求出了普朗克常量； 实验思考题：1.光电管为什么要装在暗盒中？答：光电管装在暗盒中一方面是防止光照射阴