光电效应实验报告书

1、光电效应测普朗克常量姓名：梁智健学院：材料成型及控制工程166班学号：5901216163台号：22时间：2017-10-16实验教室：309【实验目的】1、验证爱因斯坦光电效应方程，并测定普朗克常量h。2、了解光电效应规律，加深对光的量子性的理解。3、学会用作图法处理数据。4、研究光电管的伏安特性及光电特性。【实验仪器】光电效应测定仪光电管暗箱汞灯灯箱以及汞灯电源箱。1、当光照射在物体上时，【实验原理】光的能量只有部分以热的形式被 物体所吸收，而另一部分则转换 为物体中某些电子的能量，使这 些电子逸出物体表面，这种现象 称为光电效应。在光电效应这一 现象中，光显示出它的粒子性， 所以深入观察

2、光电效应现象，对 认识光的本性具有极其重要的意 义。普朗克常数h是1900年普朗克 为了解决黑体辐射能量分布时提 出的“能量子”假设中的一个普 适常数，是基本作用量子，也是粗略地判断一个物理体系是 否需要用量子力学来描述的依据。1905年爱因斯坦为了解释光电效应现象，提出了 “光量子” 假设，即频率为V的光子其能量为h.v。当电子吸收了光子 能量h v之后，一部分消耗与电子的逸出功W，另一部分转换 为电子的动能1 m.V2，即爱因斯坦光电效应方程2hv = 2 mv 2 + W（1）2、光电效应的实验示意图如图1所示，图中GD是光电管，K是光电管阴极，A为光电管阳极，G为微电流计，V为电压表，

3、光强e为电源，R为滑线变阻器，调IH一节r可以得到实验所需要的加o光弱速电位差U 。不同的电压U，/回路中有不同的电流I与之对K/”应，则可以描绘出如图2所示的一堪 U -I伏安特性曲线。|出gfJiE忻I（A1）饱和电流的强度与光强成正比加速电压U越大，电流I越大，当U增加到一定值后， 电流达到最大值I，I称为饱和电流，而且I的大小只与光 强成正比。H HH（2）遏制电压的大小与照射光的频率成正比如图3所示，电源E反向连接，即当加速电压U变为负 值时，电流I会迅速较少，当加速电压U负到一定值Ual时， 电流I = 0，这个电压|Ua叫做遏制电压，遏制电压与入射光的 频率成正比，与光的强度无关

4、。如图4所示。mv 2 = e x U2a(2)【实验内容】一、测量普朗克常量测量前的准备工作1、仪器连接：将FB807测试仪及汞灯电源接通（光电管暗箱 调节到遮光位置），预热20分钟。调整光电管与汞灯距离约 为40cm并保持不变。用专用连接线将光电管暗箱电压输入 端与光电测试仪后面板上电压输出连接起来（红对红，黑对 黑）。将“电流量程”选择开关置于合适档位:测量截止电位 调到10_13A ,做伏安特性调到10_iA （或10一心）。测定仪在开机或 改变电流量程后，都需要进行调零。调零时应将光电管暗箱 电流输出端K与测试仪微电流输入端（后面板上）断开，旋转“调零”旋钮使电流指示为000.0。调

5、节好后，用Q9插头高频匹配电 缆将信号电流输入与光电管暗盒上信号电流输出端连接起 来2、工作电压转换按钮于释放状态，电压调节范围是： -2V+2V，电流量程开关应置于x 10-13A档。3、在不接输入信号的状态下对微电流测量装置调零。操作 方法是：将暗盒前面的转盘用手轻轻拉出约3mm左右，即脱 离定位销，把,4mm的光阑标志对准上面的白点，使定位销复 位。再把装滤色片的转盘放在挡光位，即指示“ 0”对准上 面的白点，在此状态下测量光电管的暗电流。4、然后把365nm的滤色片转到窗口（通光口），此时把电压表 显示的u值调节为-1.999V ；打开汞灯遮光盖，电流表显示 对应的电流值I应为负值。用

6、电压粗调和细调旋钮，逐步升 高工作电压（即使负电压绝对值减小），当电压到达某一数 值，光电管输出电流为零时/ = 0，记录对应的工作电压u， 该电压即为365nm单色光的遏止电位|Ua|。将此电压填入担1 中的相应位置。5、然后按顺序依次换上405nm, 436nm, 546nm, 577nm 的滤色片， 重复以上测量步骤。一一记录u即ua值，填入表1中。二、测量不同通光量时光电管澈安特性曲线1、将工作电压转换按钮按下，电压调节范围转变为：-2V+30V，电流量程开关应转换至x 10-10 A档，并重新调 零。1、取川办4，L = 400mm X = 365nm测量U 和 /值，分别填入标 准

7、2,并在坐标纸上以描点法画出u -1曲线；2、取中（mm）=2 , L = 400mm X = 365nm测量U和 /值，分别填入标 准3,并在与（1）相同的坐标纸上以描点法画出ui曲线;3、取中(mm)=2， L = 400mm X = 365nm测量U 和 I值，分别填入标 准4,并在与(1)相同的坐标纸上以描点法画出u -1曲线;三、分别测出不同通光量(光强)时的电流值并加以比较将工作电压转换按钮按下，电压调节范围转变为：-2V+30V，电流量程开关应转换至X1010 A档，并重新调零。L 取 UAK= 30V，L = 400mm X = 365nm,光阑分别取中(mm) =2、4、8m

8、m 将 相应的电流值i填入表5中； 2、取。皿=30V， 中(mm) = 4 X = 365nm，距离分别取 L = 300、350、400mm， 将相应的电流值i填入表6中；【数据处理】表1 U v关系(L = 400mm中(mm) = 4“电流量程”开关应置于 X1013 A 档电压二2V +2V)波长气(nm)365405436546577频率 vX 1014Hz )8.2147.4086.8795.4905.196截止电压uai(V)-1.801-1.433-1.240-0.705-0.59465.56E.5?7588.5yd/10e14Hz2 0 6- 4 2 1 S d d d d

9、 -IJa/任n图6 U与Ua.关系由图6可知，截止电压的绝对值数值|Ua. |随着频率V.的 增大而增大，观察图线知两者近似呈线性关系。表2 Iuak关系中（mm）=2 , L = 400mm 入=365m 电压二 -2V +30VQl11:C 51016 2G 25 3D图7 （入=436nm） I与Uk关系图8 （入=546nm) I 与 Uak 关系表3 IU关系中(mm)=2， L = 400mm 入=45 压二 -2V +30VUAK(V)-2024681012141618202224262830iC 10-10 A )0061317202325272931333435363738

10、由图7和图8可知阳极电流饱和缓慢，整个曲线先平稳增 长，后斜率变大，再后来到达饱和。从-2V开始，电流随电 压的增大而从0A开始上升。对于不同波长的光，所到达的 饱和电流值也不同，但大都当电压趋近30V左右时电流值趋 于饱和。表4 IMP关系UAK = 30VL = 400mm入二365 电压二 -2V +30V光阑孔D (mm )248I (10-10 A )37115432由表4知随着光阑孔的增大，电流会增大。表5七p关系u = 30V D = 8mm 入=365 电压=2V +30V距离L (mm )300350400I (10-10 A )1318848630由表5知随着距汞灯距离的增

11、大，电流会减小(即光强减 弱，电流值相应减小)。【误差分析、思考题】测定普朗克常数的关键是什么？怎样根据光电管的特性 曲线选择适宜的测定遏止电压U的方法。从遏止电压u与入射光的频率 的关系曲线中，你能确定 阴极材料的逸出功吗？本实验存在哪些误差来源？实验中如何解决这些问题？本实验中应用不同的方法测出了普朗克常数，不过却不同程 度的具有一定误差，误差产生原因是：1、本底电流的影响，本底电流是由于室内的各种漫反射光线射入光电管所 致，它们均使光电流不可能降为零 且随电压的变化而变化。2、暗电流的影响，暗电流是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；3、光电管制作时产生的影响：（1）、由于制作光 电管时，阳极上也往往溅射有阴极材料，所以当入射光射到 阳极上或由阴极漫反射到阳极上时，阳极也有光电子发射， 当阳极加负电位、阴极加正电位时，对阴极发射的光电子起 了减速的作用，而对阳极的电子却起了加速的作用，所以I -U关系曲线就和IKA、UKA曲线图所示。为了精