试验报告_光电效应试验

1、南昌大学物理实验报告学生姓名：学号：专业班级：材料1 24班实验时间：10时0 0分第十一周 星期四座位号：28一、实验名称：光电效应二、实验目得：1?、通过实验深刻理解爱因斯坦得光电效应理论，了解光电效应得基本规律；2、掌握用光电管进行光电效应研究得方法；3、学习对光电管伏安特性曲线得处理方法，并用以测定普朗克常数.三、实验仪器：光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪四、实验原理：1、光电效应与爱因斯坦方程用合适频率得光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做 光电效应，从金属表面逸出得电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了 “光 量子”得概

2、念，认为对于频率为得光波，每个光子得能量为，其中h=6、626为普朗克常数.按照爱因斯坦得理论，光电效应得实质就是当光子与电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得得能量，一部分用来克服金属表面对它得约束，其余得能量则成 为该光电子逸出金属表面后得动能。爱因斯坦提出了著名得光电方程：（1）式中，为入射光得频率，为电子得质量， 为光电子逸出金属表面得初速度，为被光线照射 得金属材料得逸出功，i/2mV为从金属逸出得光电子得最大初动能.由（1）式可见，入射到金属表面得光频率越高， 逸出得电子动能必然也越大，所以即使 阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也

3、会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时 ，所有光电子都不能到达阳极，光电流才 为零.这个相对于阴极为负值得阳极电位被称为光电效应得 截止电压。显2然，有euo-1 /2mv=0（2）代入上式即有（3）由上式可知，若光电子能量h + W则不能产生光电子。产生光电效应得最低频率就是 o=W/h,通常称为光电效应得截止频率.不同材料有不同得逸出功，因而 。也不同。由于光得强弱决定于光量子得数量，所以光电流与入射光得强度成正比。又因为一个电子只能吸 收一个光子得能量，所以光电子获得得能量与光强无关，只与光子得频率 成正比，将（3）式改写为上式表明, 截止电压就是入射光频率得线性函数，如图2,当

4、入射光得频率=。时，截止电压，没有光电子逸出。图中得直线得斜 率卜="e就是一个正得常数：(5)由此可见，只要用实验方法作出不同频率下得 U0-曲线，并求出此曲线得斜率，就可以 通过式(5)求出普朗克常数。其中就是电子得电量.1.光电效应得伏安特性曲线图3就是利用光电管进行光电效应实验得原理图。频率为、强度为得光线照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出.如在阴极 K与阳极A之间加正向电压，它使K、A之间 建立起得电场对从光电管阴极逸出得光电子起加速作用，随着电压得增加，到达阳极得光电子将逐渐增多。当正向电压增加到时，光电流达到最大 ，不再增加，此时即称为饱与状 态，对应得光电流即称

5、为饱与光电流。由于光电子从阴极表面逸出时具有一定得初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有 光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少；当反向电压达到截止电压时 光电流为零.图4入射光频率不同得I -U曲线 图5入射光强度不同得I-U曲线爱因斯坦方程就是在同种金属做阴极与阳极， 且阳极很小得理想状态下导出得。 实际 上做阴极得金属逸出功比作阳极得金属逸出功小，所以实验中存在着如下问题：暗电流与本底电流。当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流 ，称为暗电 流。它就是由电子得热运动与光电管管壳漏电等原因造成得。 室内各种漫反射光射入光电 管造成得光电流称为本底电流.暗电流与本底电流

6、随着K、 A之间电压大小变化而变化.阳极电流。制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极 上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流.由于它们得存在，使 得实际IUtt线较理论曲线下移，如图6。图6伏安特性曲线由于暗电流就是由阴极得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得影响。 阳极反向电流虽然在实验中较显著，但它服从一定规律.因此，确定遏止电位差值可采用以 下两种方法：交点法光电管阳极用逸出功较大得材料制作，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

7、少其上溅射得阴极材料，实验中避免入射光直接照射到阳极上，这样 可使它得反向电流大大减少，其伏安特性曲线与图 5十分接近，因此曲线与UW交点得电位 差值近似等于遏止电位差U0,此即本实验采用得交点法(或零电流法)。拐点法光电管阳极反向电流虽然较大，但在结构设计上，若使反向光电流能较快地饱与，则伏 安特性曲线在反向电流进入饱与段后有着明显得拐点 ，如图6中虚线所示得理论曲线下移 . . . . . ' ' 一一为实线所示得实测曲线，遏止电位差U 0也下移到U 0点.因此测出U 0点即测出了理论值Ubo五、实验内容及步骤：1、调整仪器(1 )连接仪器；接好电源，打开电源开关，充分预热

8、(不少于20分钟).(2)在测量电路连接完毕后，没有给测量信号时，旋转“调零”旋钮调零。每换一次量 程，必须重新调零.(3 )取下暗盒光窗口遮光罩，换上365、0nm滤光片，取下汞灯出光窗口得遮光罩, 装好遮光筒，调节好暗盒与汞灯距离。2、测量普朗克常数(1)将电压选择按键开关置于-2+2 V档，将“电流量程”选择开关置于 A档。将测 试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上。(2)将直径为4mm得光阑与3 65、0nm得滤色片装在光电管电暗箱输入口上.(3)从高到低调节电压，用“零电流法”测量该波长对应得，并数据记录。(4)依次换上4 0 5 nm 436 nm 546nm 577n m得滤色片

9、，重复步骤(1)、( 2 )、( 3 )。(5 ) 测量三组数据，然后对h求平均值。3、测量光电管得伏案特性曲线：(1)暗盒光窗口装3 65nm滤光片与4mli光阑，缓慢调节电压旋钮，令电压输出值缓慢由0V伏增加到30V,每隔1V记一个电流值。但注意在电流值为零处记下截止电压值。(2)在暗盒光窗口上换上5 7 7 nm滤光片，仍用4mm得光阑，重复步骤(1)。(3)选择合适得坐标，分别作出两种光阑下得光电管伏安特性曲线UI。4、探究饱与电流与光通量、光强得关系控制电压U =30、0V,波长为365nm L =400 n m时，记录光阑孔分别为2、4、8时 得电流。控制电压U =30、0V,波长

10、为3 65 n m,光阑孔为2nm时，记录距离L分别为30 0 nm 350nm 40 0 mm寸得电流.六、数据记录与处理：表 U V关系波长入(n m)3654频率 V ( 1 014HZ)8、2147、4086、8 795、4905、1 96截止电压U (V)1、815一 1、498-1 、 3030、732一0、603#10X Axis Title-2计算普朗克常量：当利用不同频率V得单色光分别作光源时，可以测出不同频率下得遏止电位U a.作出U a与丫得曲线，测曲线得斜率K为K = h /e =U/v 便可求出普朗克常数h0K=U/v=0、401610 14h=ek= 1、1 6 0

11、210-19 0、40161014=6、43 3 10 34 J S表二 IUAk关系光阑孔：4mm波长入：577nmUak(V)一2、0-0、301、02、03、04、05、06、07、08、09、0Uac (V)1、5-0、50123456789I (10 °A)62738 28 895uav）10I (10 10A)15波长入:365nmI (10%1415161 8Uxk(V)1 0、11、1 2、14、01 6、1 8、20、22、24、022 8、30、00000006、000I (10-10A)1 92303132333 4光阑孔:4nm表二 I M 一-P关系Ik =3R 0V波长入：365nm L =4 0 0nm光阑孔（nm）248I (101°A)672 17805表四I M L关系5铲3 0、0V波长入：365 nm光阑孔：2 nm距离L(mm)30 03504001(10 -10A)4 73022七、实