大学物理实验-光电效应

大学物理实验•光电效应

前言

人类对光学的研究从很早就开始了：17世纪明确的形成了两

大对立学说，分别是牛顿的微粒说，惠更斯的波动说。由于波动说

没有数学基础以及牛顿的的威望使得微粒说一直占据上风，在19世

纪证明了波动说的正确性。19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在

二十世纪初提出了光子说：光具有粒子性。

一、光电效应理论介绍

1、什么是光电效应

定义：在光的照射下，物体表面发出电子的现象叫做光电效

应。发射出来的电子叫光电子。

2、光电效应规律

1）光电效应的发生几乎是瞬时的，时间不超过10—9s

2）任何金属都有一个能产生光电效应的最低照射光频率，叫做

极限频率

3）光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，而与入射

光强度无关。

4）光电流强度与入射光的强度成正比.

所以：光电效应的发生与否,与光的强弱无关,与照射时间的长

短无关，与光的频率、金属材料的种类有关。

3、爱因斯坦光电效应方程

1）逸出功：t/j

2）爱因斯坦光电效应方程：隘二融一例

二、光电效应实验

1、实验原理

1）单位时间内，受光照的金属板释放出来的电子数和入射光的

强度成正比

2）光电子从金属表面逸出时具有一定的动能，光电子的最大

初动能与入射光的强度无关。

3）光电子从金属表面逸出时的最大初动能与入射光的频率成

线性关系。当入射光的频率小于截止频率时,不管照射光的强

度多大，都不会产生光电效应。

2、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。

3）、测量光电管的伏安特性曲线。

4）、测量光电管的光电特性曲线。

三、实验步骤及数据记录

（一）、测量普朗克常量h

1）将测试仪的电压选择按键切换至-4V〜0V档，然后将电压调至反

向最大，即-4V附近。光电流测量档位调至II厂”档，并按照前述方

法调零。

2）取下遮光盖，将激光光源移近光电管暗盒，避免环境光射入光电

管。将激光光源的光强档调至第5档，波长档位调至最短波长，并

打开激光光源的工作电源开关。

3）点亮激光光源，然后从低到高往0V电压方向单向调节电压（应

尽量避免光电流大幅超过零后的回调），直到光电流稳定在0.0X

nrI2A,将该波长下此时对应的电压uo的绝对值记录于表1中。

4）严格按照从短波到长波顺序，依次调节波长档，重复步骤3。

表1测量截止电压U0与光频率v的关系

波长人（nm）406450488

频率v(X10uHz)7.396.676.15

截止电压绝对值1101（V）1.3521.0530.854

（二）、测量光电管的伏安特性曲线和光电特性曲线

1）移开激光光源，将偏振片安装在激光光源出光孔上，并用遮

光盖遮住光电管暗盒进光孔。将测试仪的电压选择按键切换至-4V〜

+30V档，光电流测量档位调至II厂“A档，将仪器按照前述方法调

零。

2）将激光光源的光强档调至第5档，选定某波长并点亮

3min,人眼观察遮光盖上反射的光斑亮度变化情况，旋转偏振片，

直到光斑亮度最小（注意：避免强光直射人眼），然后锁紧偏振

片。

3）取下光电管暗盒遮光盖，将激光光源移近光电管暗盒，避免

环境光射入光电管。

4）将电压调至26.0V±0.IV。小心仔细地旋转偏振片，使光电

流在（100±50）Xin-"A范围内时锁紧偏振片。注意：光电流严禁

超过200Xl『“A,否则影响光电管寿命。

UAK(V)0.02.04.06.08.010.012.014.016.018.020.022.C

1档3.814.923.729.436.843.148.152.255.458.961.564.5

光电流2档4.517.527.834.443.250.656.461.264.969.172.175.7

I(X

3档5.220.132.039.649.758.364.970.574.779.483.487

nr11

A)

4档5.822.536.044.555.965.572.879.183.989.193.797.7

5档6.624.639.649.261.872.480.687.492.798.6103.6108.

5）将电压调回0.0V±0.IV等待光电流显示稳定（约Imin）,

然后记录从0.0V〜26.0V（推荐间隔2.0V）的光电流于表2中。

6）然后依次减小光强档位，重复步骤5。

表2测量光电管的伏安特性曲线和光电特性曲线A=450mn

三、数据处理与分析

通过实验，我们将五个不同波长对应的截止电压测量出来，利

c

用公式"=A求出每个波长对应的频率，绘制出

心团-「关系曲线，然后利用已知点构造新方程如下：

-15,4

Uo=3.5X10(V-5.78X10)+0.714

1、计算过程：

eU=W+E=hv

lJ__h

ve

h1

A:=—=3.5xlO-15

e

h'=ke=35义、O-15xl.6xlO_19=5.6x10-34

3J"-"'=15%

hCSDN@星沉恭江吟

2、误差分析:

最后我们算出来的普朗克常量h，与实际值存在较大的误差，这

可能由于测量的数据不精准和实验设备的老旧磨损原因。

3、可视化分析:

lUo^V关系曲线

13

・

12

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55.566.57

频率V(HZ)x1014

U=3.5X10'15(V-5.78X1014)+0.714

150

(

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饱和光电流与光强关系

1

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