光电效应测普朗克常量

1、南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验（下）实验名称:光电效应测普朗克常量学院：信息工程学院专业班级：学生姓名：学号：实验地点：基础实验大楼B309座位号：实验时间：第9周星期二下午二点四十五分实验目的:1、研究光电管的伏安特性及光电特性。2、比较不同频率光强的伏安特性曲线和遏止电压。3、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。4、验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常量h、实验原理:-tI图2光电管的伏安特性2. 光电子从阴极逸出时具有初动能，其最丈伯等于它反抗电场力所做的功,图3光审帛崗n甌铸的频率特忤光电倣应的丈验示意图如图1所示，图屮如1是光电管*斤是光电管阴咏彳 为光电管阳极，冷为

2、微电流th F为屯压表，E为电源，R为消线变阻器，调i汁 可以得到实验所需耍的加速电位建匕心 光电管的八了之间可获得从-"到0再 到+ F连续变化的电压实验时用的单色光是从低压汞灯光谱中用干涉滤色片过 滤得到*其波氏仆别为：J65酗，403如，436姬，546如，577迦。无光照阴极 时，山于阳极和阴极是断路的.所以厂屮无电流通过。用光照射阴极时.由于閒 极释放出电了而形成阴流(简称阴扱也流儿加速电何差厂盎越人，阴慢 电流越大，当乙增加到 定数值后，阴极电流不再增大而达到某 饱和tn你， 打的大小和艇射光的强度成正比如图乂所示九加逮电位差化变为负值时, 阴极电流会迅速减少.当加速电位

3、誥匚弑负到一定数俏时，阴极电流变为"0 - 丫 与此对应的电位荒称为遏I上电位差.这电付弟用幽来表贰 阿的人小与光的 强度无关，而是随着照射光的频率的增人而增大I如閤3所不)K饱和电流的人小与光的强度成正比°即2?= ?X?6 因为?/?与a成正比，所示初动能大小与光的强度无关，只是随着频率的增大而增大，爱因斯坦方程可表示:?勿二？? X ?式中h为普朗克常量，公认值为 h=6.62916 X10-34? ?为入射光频率，£?是光电子飞出金属表面后所具有的最大动能，w是电子从金属内部逸出2表面所需的逸出功。？存在截止频率？3,使h?- ?= 0，此时吸收的光子能量

4、h?恰好用于抵消电子逸出功而没有多余的动能，即2?够=0。因而只有当入射光的频率?> ?时，才能产生光电流，不同金属的逸出功不同，所以有不同的截止频率。(1)伏安特性无光照阴极时，由于阳极和阴极是断路的，所以G中无电流通过。用光照 射阴极时，由于阴极释放出电子而形成阴极光电流（简称阴极电流）速电势差 ? ?越? 大，阴极电流越大， ?增? 加到一定数值后，阴极电流不 再增大而达到某一饱和值 ?， ? ?的大小和照射光的强度成正比。（ 2） 遏止电压及普朗克常量的测量加速电势差 ? ?变? 为负值时，阴极电流会迅速减少，当加速电势差 ?取? 负值到一定值时，阴极电流变为 0，与此对应的电势

5、差称为遏止电势差， 用?来表示。|? ?|的大小与光的强度无关， 而是随着照射光的频率的增大 而增大。（ 3） 截止频率（红限）光电效应应该存在一个频率阈值 ?0，称为截止频率（红限） 。当入射光频 率 ?< ?0时，无论光强如何， 均不能产生光电效应； 对应入射光的频率称 为阴极的红限，用 ?0来表示。（ 4） 光电效应是瞬时效应，只要入射光频率满足要求，光电管一经光线照射， 几乎同时就有光电子产生，延迟时间最多不超过 10 - 9s。三、实验仪器：1、实验仪器构成： FB807 型光电效应（普朗克常量）测定仪由光电检测装 置和测定仪主机两部分构成。 光电检测装置包括： 光电管暗箱、

6、汞灯电源 箱和导轨等。2、实验主机为 FB807 型光电效应（普朗克常量）测定仪，该测定仪是主要 包含微电流放大器和直流电压发生器两大部分组成的整体仪器。3、光电管暗箱：安装有滤色片，光阑（可调节） 、挡光罩、光电管4、汞灯灯箱：安装有汞灯管、挡光罩。5、汞灯电源箱：箱内安装镇流器，提供点亮汞灯的电源。四、实验数据处理：1、测量截止电势差：？?- ?关系截止电压I?/?波长？训?365405436546577频率？/ X8.2147.4086.8795.4905.1961410 ?截止电压？?-1.910-1.434-1.238-0.719-0.604y = O.ai 641-1 58771&

7、#39;*°_*-*频率风/X 10L4/fZ斜率 k=0.41641934可以求得 h = e?k= 1 602 X10"x 0.4164 宀 6.671 X10" ?2、测光电管的伏安特性曲线：1 - ?关系365nm?/?-1258111417202326-101/ X10?02766951171451681902112311/X 10_10i4405nm?-1258111417202326-10I/ X10 l0?0918253138434852551/X 10_10i4436nm?-1258111417202326-10I/ X10 l0?0101927

8、3442475257611/X 10_10/4uv546nm?-1258111417202326-10I/ X10?0816212630333637391/X IO""577nm?>?-1258111417202326-10I/ X10?071418222527293032?- P关系 ？?= 30? ?= 365?= 400?光阑孔直径248D/mm-10I/ X10 |0?82245770由实验结果可以看出来，饱和电流和光照强度成正比'?- P关系 ？?= 30? ?= 365?= 4?距离L/mm300350400-10I/ X10?467332250由

9、实验结果可以看出来，饱和电流和光照强度成正比。五、误差分析：实验测得的普朗克常量h = 6.671 X10-34?与实际普朗克常量h = 6.626 X10-34?有一定误差。可能有以下几种原因：1、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，这种电流叫暗电流；2、由于室内的各种漫反射光线射入光电管，产生了本底电流，它使光电流不可 能降为零且随电压的变化而变化。3、调零时，可能会出现误差。六、思考题：1、测定普朗克常量的关键是什么？怎样根据光电管的特性曲线选择适宜的测定遏止电势差？的方法。答：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

10、差值。实验中，单色光可由汞灯光源经过单色仪选择谱线产生。 当光电特性的正向电流上升得很快，反向电流很小，则可以用光电流特性曲线与暗电流特性曲线交点的电势差？近似地当作遏止电势差？3?（交点法）。如果反向特性曲线的反向电流虽?然较大，但其饱和速度很快，贝U可以用反向电流开始饱和时的拐点电势差？当?成遏止电势差？?？（拐点法）。2、从遏止电势差？?与入射光频率？勺关系曲线中，你能确定阴极材料的逸出功吗?答：在直角坐标系中坐出？?和?的关系曲线，实验结果表明曲线是一条直线，证明爱因斯坦光电效应方程的正确性。该直线的斜率即为?,h为普朗克常因此，可以确定量。而该直线的延长线与？时由的截距为W?,w?为材料的逸出功。材料逸出功，只要用纵截距乘以单位电荷的电量即可。3、本实验存在哪些误差来源？如何解决这些问题？答：暗电流与本底电流。可以采用系统误差的修正方法加以消除； 选择较小 的光阑、选择一组高性能的滤色片、光源与光电管接收装置之间的距离设置合适。七、附上：原始数据;疮m咖旳1/屆么Xo17和4*>时N丄=/# A0耳如押彳用丄llA0 1*卯心沁弔卜W十1讹X0 $门庐虫啪屮斗古B必衲0 1JS H厅口X&）HWCf3ii（¥7V&t£耳SII岸>+17圳峠11THq&