光电效应测量普朗克常量试验

1、山东大学实验报告纸实验题目：光电效应和普朗克常量的测定满分100姓名：娄春雅 学号： 201922150275班级：材料卓越二班 实验日期：07.08校区：兴隆山校区。一、实验目的1 .通过实验了解光电效应的基本规律，弁用光电效应法测量普朗 克常量。2 .研究光电管的伏安特性及光电特性，掌握用光电管进行光电效 应研究的方法。3 .学习对光电管进行光电效应研究的方法，比较不同频率光强的 伏安特性曲线与遏制电压。4 . 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。二、实验仪器主要仪器有：光电效应的实验装置包括以下几个部分：光电管，光源（汞灯），滤波片组（577.0nm,546.1nm,435.8n

2、m,404.7nm,365nm 滤波片，50% 25% 10%勺透光片）。光电效应测试仪包括：直流电源、检流计（或微电流计）、直流 电压计等。三、实验原理（主要公式，原理图，实验方法等）当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸 收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物 体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光 电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本 性，具有极其重要的意义。山东大学实验报告纸光电效应实验原理如图1所示。其中S为真空光电管，K为 阴极，A为阳极。当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路， 所以检流计G中无电流流过，当用一

3、束波长比较短的单色光照射 到阴极K上时，形成光电流，光电流随加速电位差U变化的伏安特性曲线如图2。1.光电流与入射光强度的关系光电流随加速电位差 U的增加而增加，加速电位差增加到一 定量值后，光电流达到饱和值 IH,饱和电流与光强成正比。 2.光电子的初动能与入射光频率之间的关系光电子从阴极逸出时，具有初动能。当U=UA-U负值时，光电子逆着电场力方向由 K极向A极运动，随着U的增大，光电 流迅速减小，当光电流为零，此时的电压的绝对值称为遏止电位 差Ua。在减速电压下，当U=Ua时，光电子不再能达到 A极，光电流 为零。所以电子的初动能等于它克服电场力所作的功。即（1）式。根据爱因斯坦关于光的

4、本性的假设，光是一种微粒，即为光 子。每一光子的能量为（a）,其中h为普朗克常量，v为光波的 频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了 光子的能量hv之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A,另一部山东大学实验报告纸分转换为电子初动能。由能量守恒定律可得（2）式。1 JL _ Ji < a2 2） hy * r5 W3 .光电效应有光电阈存在由（2）式可知，只有光子的能量 hv大于等于逸出功A时，光 电子才能有初动能，才会产生光电效应，即当光的频率（ b）时, 不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，其中（ c）, 称为截止频率（又称红限）。不同的金属材料的逸出功A不同，

5、因而截止频率也不同。爱因斯坦，光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方 法：由式（1）和（2）可得（d）:。当用不同频率（v1,v2 Vn）的单 色光分别做光源时，就有（3）二日出d M印，二 CMItA卜人2W3十A就小。班1十八对由馔阳区台由将捌'山东大学实验报告纸因此，用光电效应方法测量普朗克常量的关键在于获得单色 光、测得光电管的伏安特性曲线和确定遏止电位差值。实验中，单色光可由水银灯光源经过单色仪选择谱线产生。 水银灯是一种气体放电光源，点燃稳定后，在可见光区域内有几 条波长相差较远的强谱线，如表 1所示。单色仪的鼓轮读数与出 射光的波长存在一一对应关系，由单色仪的定标曲线

6、，即可查出 出射单色光的波长（有关单色仪的结构和使用方法请参阅有关说 明书），也可用水银灯（或白炽灯）与滤光片联合作用产生单色 光。为了获得准确的遏止电位差值，本实验用的光电管应该具备 下列条件：表可见光区汞灯强谙线波长,g频率颜色3氾0179577. 05. 19B546, 15,钙2435. S6. 882404. 77. 41036乐08,216一卜瓢,（1）对所着可玩光谱都比较灵敏。（2）阳极包围阴极，这样当阳极为负电位时，大部分光电子仍能射到阳极。（3）阳极没有光电效应，不会产生反向电流。（4）暗电流很小。但是实际使用的真空型光电管弁不完全满足以上条件。由于 存在阳极光电效应所引起的

7、反向电流和暗电流（即无光照射时的 电流），所以测得的电流值，实际上包括上述两种电流和由阴极 光电效应所产生的正向电流三个部分，所以伏安曲线弁不与U轴相切。由于暗电流是由阴极的热电子发射及光电管管壳漏电等原 因产生，与阴极正向光电流相比，具值很小，且基本上随电位差 U呈线性变化，因此可忽略其对遏止电位差的影响。阳极反向光 电流虽然在实验中较显著，但它服从一定规律。据此，确定遏止 电位差值，可采用以下两种方法：（1）交点法：光电管阳极用逸出功较大的材料制作，制作过程中尽量防止 阴极材料蒸发，实验前对光电管阳极通电，减少其上溅射的阴极 材料，实验中避免入射光直接照射到阳极上，这样可使它的反向山东大学

8、实验报告纸电流大大减少，其伏安特性曲线与图 2十分接近，因此曲线与 U 轴交点的电位差近似等于遏止电位差，此即交点法。(2)拐点法光电管阳极反向光电流虽然较大，但在结构设计上，若是反 向光电流能较快地饱和，则伏安特性曲线在反向电流进入饱和段 后有着明显的拐点，如图 3所示，此拐点的电位差即为遏止电位 差。如 就及刷电然例修减物阳M四、实验内容 (实际实验内容，操作步骤，及提高精度措施)通过实验了解光电效应的基本规律，弁用光电效应法测量普朗克常量。在577.0nm、546.1nm、435.8nm、404.7nm四种单色光下分别测出 光电管的伏安特性曲线，弁根据此曲线确定遏止电位差值，计算 普朗克

9、常量。山东大学实验报告纸本实验所用仪器有：光电管、单色仪（或滤波片）、水银灯、检 流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等，接线电路图如 图4所示。实验中提供的光电效应测试仪，除光电管S外，线路已连接好。如图4。q 日,J V-cKi为例底般嚣成朗实验中光电流比较微弱，其值与光电管类型，单色光强弱等因素 有关，因此应根据实际情况选用合适的测量仪器。例如，选用 GD-4 GD-5、或1977型光电管，选用的检流计的分度值应在10的次方-8到10的-9次方A/分度左右。如果要测量更微弱的电流 可用微电流计，可测量10的次方-8到10的-9次方A的电流。由于光电管的内阻很高，光电流如此之微弱，因此

10、测量中要 注意抗外界电磁干扰。弁避免光直接照射阳极和防止杂散光干 扰。作Ua-V的关系曲线，用一元线性回归法计算光电管阴极材料 的红限频率、逸出功及 h值，弁与公认值比较。测定光电管的光电特性曲线，即饱和光电流与照射光强度的 关系，实验室提供有透光率 50% 25% 10%勺滤光片，请用 577.0nm波长为光源，在光电管、光源位置固定时，测光电管的 正向伏安特性曲线，验证饱和电流与光强关系。山东大学实验报告纸本实验所用仪器有：光电管、滤波片、滤光片、水银灯、检 流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等。五、数据处理1.577.0nm2.546.1nm3.435.8nm山东大学实验报告纸山东

11、大学实验报告纸A1t凝率5.部£+14酢0.25. 4州也今0.328. S8E：a。照7. 41E+UL 18kC 40E-U51. 65E-L9LH7, 04E-345.100%6.50%山东大学实验报告纸U（V）7.25%U（V）8.10%山东大学实验报告纸U（V）口六、注意事项1 .注意光源的单色性。选择一组高性能的滤色片，可以保证测量 一组谱线时无其它谱线的干扰，避免谱线相互下扰带来的测量误 差。2 .注意光源与光电管接受装置之间的距离。在更换滤色片等时注 意不要使仪器移动。七、实验总结及问题讨论总结：1.本实验原理比较简单，但是对操作和数据处理有比较高 的要求,且本实验产

12、生误差因素较多，应采取各种措施减小误差。 问题讨论：1.本实验存在哪些误差来源？实验中如何解决这些问题？答：在用光电效应测定普朗克常量的实验中的误差来源主要来自单 色光不够严格以及阴极光电流的遏止电势差的确定。而影响阴极 光电流遏止电势差确定的主要因素有光电管的阳极光电流和光电 流的暗电流。在实验中主要通过分析阳极光电流和暗电流的特点 （阳极光电流在反向区域几乎呈饱和状态，而暗电流很小，且电流 随电压线性变化，它们均对阴极光电流在Uc显著拐弯的性质无影响），在实验中通过对实际光电流测定，找到曲线拐点的方法来精 确地求Uc的，单色光的获得尽可能用精度高的单色仪获得而不用 滤色（片）的方法获得；此

13、外应尽量减小反射到阳极的散射光，山东大学实验报告纸适当地提高光电管的真空度以及二电极之间的距离，以减小暗电 流的大小。八、原始数据（截图）山东大学实验报告纸卖脸热据表格增或列隔少列I435.Snm-0.92退止电压（单，立:V）增加刻|减少冽普朗克堂里普朗克堂量（至位：E-34J7©4遏止电压（单位V）T 18遢止电压（单位6-032量一禅I1234567电出W0.00-0.20-040-0,60-0.80*0.90-0,92电流口用1.240.780.460.220 60.01Q.D0痘仄列演少必404.7n m光电35与对应电压值（电流 电国8®表）山东大学实验报告纸K

14、选择芝恚和芝屯管同合话的龙哥：为殡读家出的正常芝行.光源与无圭管E必:取合适的电离. 在光丰管上放星第5nm谑液片，目深疏出目E调节为3匕谓节洸源与无学管匾归彦，使光电甚应温试 仪的丰更显亓值为QMg.2、室强重密生理建k军50泣25%、1。%的逢士者请用577.Mm隈长为光手.在比电管.无野住直 克定时*刑五寺管的正向伏宏帏性曲线洌星范玉：Q7W.1Q瓶透光率光电源与对应电压值（电流 电压数垂表）测量欠教12345678mEM0,001.002,003,004M5.0。&W7,00a电流&AJa os1.2D1411481.521.55 1.571.601罩筠明列海少免阅ff

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