光电效应及普朗克常数的测定作图法

1、大学物理实验示范中心大学物理实验示范中心n光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。 内光电效应内光电效应 光电效应是19世纪末发现的，详细的研究一直到1914年，研究中发现光电效应的基本规律，无法用麦克斯韦的经典电磁理论作出完满的解释。1905年爱因斯坦应用普朗克的量子论，提出光量子概念，给光电效应以正确的解释。其中普朗克常数是现代物理学中的一个重要常数；由光电效应实验可简单准确地测定普朗克常数，实验有助对

2、光的量子性的理解。实验目的实验目的 1. 通过光电效应实验了解光的量子性。 2. 测量光电管的弱电流特性,找出不同光频率下的截止电压。 3. 验证爱因斯坦方程，用作图法求出普朗克常数。实验原理实验原理 在光的照射下，电子从金属表面逸出的现象，叫在光的照射下，电子从金属表面逸出的现象，叫光电效应。光电效应。VGAK+RE+光电效应实验原理图光电效应实验原理图ImIo0UAKU某一频率下某一频率下, ,某一光强时某一光强时光电管的伏安特性曲线光电管的伏安特性曲线1. 1. 实验规律实验规律 （2 2）截止电压）截止电压U0 与入射光频率具有线性关系。与入射光频率具有线性关系。0U0（1 1）仅当）

3、仅当 0（截止频率）时才发生光电效应，截截止频率）时才发生光电效应，截止频率与材料有关，但与入射光强无关。止频率与材料有关，但与入射光强无关。U0 曲线曲线(3)(3)在同一频率下，饱和光电流强度在同一频率下，饱和光电流强度Im 正比于入射光正比于入射光强强P。(4)(4)光电效应是瞬时效应。当光照射到金属表面时，几光电效应是瞬时效应。当光照射到金属表面时，几 乎立即就有光电子逸出。乎立即就有光电子逸出。1P2PIm1Im2Io0UAKU12PP 同一频率同一频率, ,不同入射光强时不同入射光强时IUAK曲线曲线向外辐射 。至于光电效应，是具有能量 的一个光子作用于金属中的一个自由电子，并把它

4、的全部能量都交给这个电子而造成的。如果电子脱离金属表面耗费的能量为 的话，则由光电效应打出来的电子的动能为vhvsWsWhEsWhm221或 爱因斯坦认为从一点发出的光不是按麦 克斯韦电磁学说指出的那样以连续分布的形 式把能量传播到空间，而是频率为 的光以 hv为能量单位(光量子) 的形式一份一份地 式中 为普克朗常数, 为入射光的频率， 为电子的质量， 为光电子逸出金属表面时的初速度， 为受光线照射的金属材料的逸出功(或功函数)。hvmsW2.2. 爱因斯坦对光电效应的解释爱因斯坦对光电效应的解释实验器材实验器材普朗克常数测定仪微电流测试仪、测试台实验内容实验内容1. 1. 测试前准备测试前

5、准备: :(1)(1) 盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光电管与汞灯距离调盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光电管与汞灯距离调 整并保持在整并保持在400400mm，接通测试仪及汞灯电源，预热约接通测试仪及汞灯电源，预热约1515min。 （注意：汞灯一旦开启，不要随意关闭）注意：汞灯一旦开启，不要随意关闭）(2) (2) 测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，“电压电压”选选 择在择在2 2V+2+2V档，档，“电流量程电流量程”选择在选择在1010-13-13A档，旋转档，旋转“电电 流调零流调零” ” 旋钮使旋钮使“电流表电流表”指示为零。指示

6、为零。 （注意：每次调换（注意：每次调换“电流量程电流量程”，都应重新调零，都应重新调零) )(3) (3) 调整光路：调整光路：先先取下光电管暗箱遮光盖，先选择直径为取下光电管暗箱遮光盖，先选择直径为4 4mm的光阑及波长为的光阑及波长为365.0 nm的滤光片，的滤光片，再再取下汞灯的遮光盖，取下汞灯的遮光盖，使汞灯的使汞灯的365.0365.0出射光对准光电管入射窗孔。出射光对准光电管入射窗孔。 （注意：严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管）（注意：严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管）2. 2. 用零电流法测定用零电流法测定h 将将“电压电压”选择按键置于选择按键置于2 2V+0+0V

7、档，档，“电流量程电流量程”选选择在择在1010-13-13A档并档并重新调零重新调零。将直径为。将直径为4 4mm的光阑及波长为的光阑及波长为365.0365.0nm的滤光片插在光电管入射窗孔前，调节电压的滤光片插在光电管入射窗孔前，调节电压UAK，使得光电流使得光电流I为零，此时测试仪中显示的电压值即可认为是该入射光频率为零，此时测试仪中显示的电压值即可认为是该入射光频率对应的截止电压。重复测量对应的截止电压。重复测量4 4次，填入表次，填入表1 1中。中。 依次更换其余四个滤光片（注意：一定要依次更换其余四个滤光片（注意：一定要先先盖上汞灯的遮盖上汞灯的遮光盖光盖再再更换滤光片），测出各

8、自对应的截止电压。更换滤光片），测出各自对应的截止电压。表表1 光阑孔f =4mm 波长l (nm) 365.0405.7435.8546.1577.08.2147.4076.8795.4905.196Hz)10 14（频率)V(0U关系 0U3. 3. 测光电管的伏安特性曲线测光电管的伏安特性曲线( (IUAK曲线曲线) ) 将将“电压电压”选择按键置于选择按键置于2 2V+30+30V档，将档，将“电流量程电流量程”选选择开关置于择开关置于10101 10 0A并重新调零，将直径为并重新调零，将直径为4 4mm的光阑及波长的光阑及波长365.0365.0nm的滤光片插在光电管入射窗孔前。的

9、滤光片插在光电管入射窗孔前。(1) (1) 从截止电压开始由低到高调节电压，直至从截止电压开始由低到高调节电压，直至2727V（不高于（不高于3030V）。）。 从截止电压到从截止电压到0 0V 区间，电压取值间隔为区间，电压取值间隔为1 1V; ; 从从0 0V到到8 8V 区间，电压取值间隔为区间，电压取值间隔为2 2V; ; 从从8 8V V到到27 27 V 区间，电压取值间隔为区间，电压取值间隔为3 3V; ; 每取一电压值，记录一电流值到表每取一电压值，记录一电流值到表2 2中。中。 为了使每个电流值都有三位有效数字，测量过程中须变为了使每个电流值都有三位有效数字，测量过程中须变换

10、换“电流量程电流量程” ” 。 （注意：（注意：每次调换每次调换“电流量程电流量程”，都应重新调零，都应重新调零) ) (2) (2) 换上其他滤光片，重复步骤换上其他滤光片，重复步骤(1)(1)。365.0nm光阑4mm27404.7nm光阑4mm435.8nm光阑4m546.1 nm光阑4mm)V(AKU)A10(10I)(0U2 400mmAKIUL表关系577.0 nm光阑4mm)V(AKU)A10(10I 五、数据处理五、数据处理1.1. 用作图法求用作图法求U0直线的斜率直线的斜率k: : 再由再由h= ek求出普朗克常数求出普朗克常数h，并与公认值并与公认值h0比较，比较， 求出百分误差求出百分误差: :00hhhE191.602 10Ce3406.626 10J sh五五. . 数据处理数据处理2.2. 根据表根据表2 2的数据，在的数据，在坐标纸坐标纸上作出对应五种通光上作出对应五种通光 量的量的I-UAK关系曲线。关系曲线。六六. .注意事项注意事项1.1. 本实验不必要求暗室环境，但应本实验不必要