2022年光电效应实验教案

1、学习好资料 欢迎下载光电效应试验试验目的：1明白光电效应的基本规律；2测量光电管的伏安特性曲线；2验证爱因斯坦方程,并测定普朗克常数；试验原理：1光电效应的试验规律金属在光的照耀下释放出电子的现象叫做光电效应；依据爱因斯坦的“ 光量子概念”,每一个电子具有能量 E h,当光照耀到金属上时,其能量被电子吸取,一部分消耗于电子的逸出功 W,另一部分转换为电子逸出金属表面后的动能；由能量守恒定律可得：1mv2hW（ 1）（称为爱因斯坦光电方程）2光电方程圆满说明了光电效应基本试验事实：（ 1）仅当光频高于某一阈值时,才能从金属表面打出光电子；（ 2）单个光电子的动能随光频提高而增大,与入射光强无关；

2、（ 3）单位时间内产生光电子的数目仅与入射光强有关,与光频无关；（ 4）光电效应是瞬时完成的,电子吸取光能几乎不需要积存时间；在抱负光电管中,令光电子在反向电场中前进,当剩余的动能刚好被耗尽时,电子所经受的电势差 Uv 叫做 遏止电势差,明显 eU v = 1 mv 2,代入（1）式可得2h WU（ 2）e e（ 2）式说明,遏止电势差 U v 是入射光频 的一次函数,h/e 就是一次曲线的 斜率 ；爱因斯坦方程预见了试验测算普朗克常数的可行方案；除了求出 h 的量值以外,仍可通过（2）式明白光电管的特性；令 =0 ,可得抱负阴极的逸出电势等于曲线的 纵轴截距, U 0=-W/e；令 Uv=0

3、 ,可得抱负阴极的截止频率等于曲线的 横轴截距,0=W/h；实际光电管的情形比较复杂,只能把两个截距 U 0、0看作整体光电管的宏观参量；2验证爱因斯坦方程,求普朗克常数图 1 试验原理图图 1 是讨论光电效应的简化电路；一束单色光照耀真空光电管的阴极K ,设光频0,有光电子产生且有剩余动能；只要外电路闭合,即使电源分压U=0 ,光电子也能到达阳极A形成光电流I A, I A 的量值由学习好资料欢迎下载 A 表读出；仪器简介：本试验使用PC型普朗克常数测定仪,它包括以下4 部分：（ 1）光源：GGQ 50W 高压汞灯,在320.3872.0nm范畴内有如干种单色光供选用；（ 2） ZD- 型介

4、质膜干涉滤色片,分别可从汞灯中滤选 546.1 nm 、 577.0 nm 的单色光；365.0nm 、 404.7 nm 、 435.8 nm 、（ 3）GD-27 型光电管： 阳极为镍圈, 阴极为银氧钾材料,光谱响应范畴 320.0700.0 nm,峰值波长 350 20 nm,通光窗口为无铅多硼硅玻璃；光电管安装在铝质暗盒中,只要转变汞灯到暗盒的距离便可转变入射光的光强；不做试验时用遮光罩盖住暗盒光窗；（ 4） PC型微电流测试仪,即图 1 中的 A 表,表头在面板左边,量程倍率为 100 （ 10-810-12 ） A ,分 5 档转换,并有转变表头极性的换向按钮,测到 I A 过零位

5、置应准时换向；读数时不要漏记了量程； A 表用同轴电缆连接光电管,由于灵敏度极高,试验中不要触碰同轴电缆,以免接触不良或人体感应导致表针乱摆,特别在 10-7 档随机误差更大；试验内容：1测量I-U安伏安特性曲线：由短波到长波逐次换上五种不同的滤色片,分别记录I-U值；2转变入射光强的强度,测量 操作步骤：I-U 特性曲线,测量饱和光电流与光的强度的关系；1.冷态预备；检查导线连接是否正确,档位预置是否合理（“ 测量范畴” 旋钮置于“ 短路”,“ 电流表极性” 置“0” ）,电压调剂旋钮逆时针旋究竟,用遮光罩盖住暗盒光窗,令光源离开暗盒 30 40cm ；2.热态预备；开启微电流测试仪电源开关

6、,预热 20 分钟左右,调整 A 表的零点和满度：将“ 测量范畴”旋置“ 短路” 档,电流表极性置于“+” 档,调剂“ 调零旋钮” 使电流表为零；将“ 测量范畴”旋置“ 满度” 档,电流表极性置于“+” 档,调剂“ 满度旋钮” 使电流表为100 ；重复上述过程几次,使之都达到要求；3.观看暗电流；将“ 测量范畴”旋置“10-12 ” 档,调剂工作电压观看暗电流的变化情形；测出 -1.800V+1.800V 间如干电压下相应的电流值；4.浏览光电流；将“ 测量范畴” 旋置“10-11 ” 档,除去暗盒遮光罩,换上 365.0nm 滤色片,用汞灯照耀；工作电压从-1.800V 起调直到 0V ,浏

7、览光电流变化情形；留意随时转变 A 量程,使之既有示值,又不超偏；当电流趋零时应准时触按换向按钮,以免表针倒偏；电流假如太大或太小,就需调剂汞灯距离,转变入射光强；5.正式测量；将光源移至最远,将“ 测量范畴” 旋置“10-11 ” 档,调剂工作电压使 A 表达到 100 ,连续调剂工作电压使电流减小,记录相应的电流、电压数据；留意电流的符号开头为正,逐步趋零时要将电流极性按扭置于“-” 端,此后电流为负,应准时记载符号；6.更换单色光；测毕一种单色光后,要依据波长递增的次序更换滤色片,重复步骤 大电流都取 10-11 安培；5,最7.善后工作；测量完毕,请老师检查数据；将仪器调剂钮复位,断电

8、；用遮光罩盖住暗盒 光窗；经容许后离开试验室；数据处理：1依据测量数据作出5 种不同频率的照耀光所对应的U-I 伏安特性曲线,由此确定5 种不同频率的照耀光所对应的截止电压值Us ；学习好资料欢迎下载ek, 与 公 认 值 0；与2 作 出Us的 实 验 直 线 图 , 求 此 直 线 的 斜 率k , 普 朗 克 常 数 h（h6.626 1034J s）比较运算百分比误差；该直线与横轴的交点即为“ 红限” 频率纵轴相交点即为光电管的宏观逸出电势U 0参考表格：（ nm）UV -1.950 -1.900 435.8 546.1 577.0 365.0I10-11A 365.0 404.7 4

9、04.7I10-11A 435.8I10-11A 546.1I10-11A 577.0I10-11A （nm）U14 10Hz8.22 7.41 6.88 5.49 5.20 S（V ）留意事项：1 更换滤色片时留意防止污染,以免除不必要的折射光带来试验K V 入射 A 误差；（2 ）更换滤色片时先将光源出光孔遮住,而且做完试验后也要用遮A 光罩盖住光电管入光孔,防止强光直接照耀阴极而缩短光电管寿命；3 光电管入光孔勿对着其他强光源,以削减杂散光干扰；4 汞灯光源外壳加热后温度较高,试验过程中不要接触到光源外 壳；（5）电压从大量程换为小量程要先调剂旋钮使指针偏转到最小,以 免损坏外表；【摸索

10、题】1 试验测得的光电流特性曲线与抱负的光电流特性曲线有何不图 1 同？为什么不同？2 为什么会显现反向光电流？如何减小反向光电流？3 你所测得的 h 值是偏大仍是偏小？试从试验现象中分析说明产生误差的缘由；4 做试验时,如转变光电管上的照度,对 U-I 曲线有何影响？5 光电管的阴极上涂有脱出功小的材料,而阳极上挑选脱出功大的金属材料制造,为什么？学习好资料 欢迎下载试验内容：1仪器预备与调整连接好线路, 先将测量范畴挑选旋钮置于“ 短路” 档,并将加速电压调剂旋钮逆时针旋究竟,再开启电源点亮汞灯,预热 20-30 分钟 ；调零： 将测量范畴挑选旋钮置于“ 短路” 档,将电流极性置于 “ +

11、” ,调剂调零旋钮使电流示值为 0；调满度： 将测量范畴挑选旋钮置于“ 满度”档,将电流极性置于“+” ,调剂满度旋钮使电流示值为 100；调零与调满度一般要反复调几次才能调好；2测量暗电流特性曲线用遮光罩罩住进光孔,将测量范畴挑选旋钮置于“10-12” 档,调剂加速电压,从-1.900V 到0V 之间每隔 0.2V 记一次相对应的电压、 电流值；然后作暗电流特性曲线（假如暗电流读不出来,即暗电流很微小,就横坐标即为暗电流特性曲线）；3测量光电流特性曲线将测量范畴挑选旋钮置于“10-11” 档,取下遮光罩,换上波长为 577nm 的滤光片； 测量方法采纳先定性粗测,再定量精测的方法,即先观察一遍不同电压下的光电流变化情形,以便支配合理的测量点；依次换上波长为 546.1、435.7、404.8、 365nm 的滤