光电效应物理实验报告

-.z.光电效应实验目的：了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解测量普朗克常量h。实验仪器：ZKY-GD-4光电效应实验仪1微电流放大器2光电管工作电源3光电管4滤色片5汞灯实验原理：原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光电流。改变外加电压VAK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管得伏安特性曲线。1〕对于*一频率，光电效应I-VAK关系如下图。从图中可见，对于一定频率，有一电压V0，当VAK≤V0时，电流为0，这个电压V0叫做截止电压。2)当VAK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度成正比。3〕对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图：4)对于截止频率V0与频率QUOTE的关系图如下所示。V0与QUOTE成正比关系。当入射光的频率低于*极限值QUOTE时，不管发光强度如何大、照射时间如何长，都没有光电流产生。5〕光电流效应是瞬时效应。即使光电流的发光强度非常微弱，只要频率大于QUOTE，在开场照射后立即就要光电子产生，所经过的时间之多为10-9s的数量级。实验内容及测量：1将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，翻开汞灯遮光盖。从低到高调节电压〔绝对值减小〕，观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的VAK值，以其绝对值作为该波长对应的QUOTE值，测量数据如下：波长/nm365404.7435.8546.1577频率/QUOTE8.2147.4086.8975.495.196截止电压/V1.6791.3351.1070.5570.434频率和截止电压的变化关系如下图：由图可知：直线的方程是:y=0.4098*-1.6988所以:h/e=0.4098×QUOTE,当y=0，即QUOTE时，QUOTE，即该金属的截止频率为。也就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。根据线性回归理论：可得：k=0.40975，与E*CEL给出的直线斜率一样。我们知道普朗克常量QUOTE,所以，相对误差：2测量光电管的伏安特性曲线用435.8nm的滤色片和4mm的光阑实验数据如下表所示：435.8nm4mm光阑I-VAK的关系VAKIVAKIVAKIVAKIVAKIVAKI0.0401.90.8584.22.3009.36.60019.512.00027.322.00035.80.0892.10.9354.42.500106.80019.912.50027.722.70036.20.1512.31.0964.92.70010.67.20020.513.00028.324.100370.2112.41.2085.32.90011.17.80021.514.20029.425.70037.90.3402.71.3255.63.200128.7002315.00030.126.80038.30.3952.91.4686.13.80013.99.10023.616.10031.127.50038.70.4703.11.6376.74.20014.89.80024.616.60031.629.50039.50.5613.31.7797.24.90016.410.20025.117.50032.330.90040.10.6563.61.9307.85.40017.410.70025.818.600330.7253.82.0008.36.10018.711.10026.319.60033.7用546.1nm的滤光片和4mm的光阑数据如下表所示：546.1nm4mm光阑I-VAK的关系VAKIVAKIVAKIVAKI0.31.35.99.113.213.023.815.91.02.66.89.814.113.325.316.11.43.47.610.415.113.726.416.51.84.18.210.816.114.027.216.62.24.98.811.117.114.228.016.72.85.79.811.617.814.428.916.73.26.310.011.918.914.729.716.83.97.111.412.319.714.930.716.94.37.612.112.620.115.031.217.04.98.212.712.920.915.2作两种情况下，光电管得伏安特性曲线：由上图可知：光电流随管压降的增大而逐渐增大。在增大的过程中，增长速度由快变慢最终到达饱和。这一点在546.1nm的伏安特性中可以清楚地看出。当管压降一样时，比拟两个不同波长的光电流可以发现：波长长的，即频率小的〔546.1nm〕光电流小；波长短的，即频率大的〔435.8nm〕光电流大。这也间接证明了爱因斯坦的光电流方程：QUOTE。对于同一种金属，溢出功A相等，频率高的就能得到更大的动能来克制金属的束缚，从而形成更大的光电流。3.保持管压降QUOTE不变，调整光阑的直径，分别为：2mm,4mm,8mm。测量对应的电流如下：光阑孔直径mm248435.8nmI/QUOTE8.836.8108.9546.1nmI/QUOTE3.915.946.5作出两种不同波长的光电流随光强的变化图，如下：我们可以看出：同一种波长下，光电流随光阑直径的增大而增大。由于数据点有限，不能说明光阑面积〔即光强的大小〕同光电流的具体关系，是否是线性的，也就无从得知。所画出的图形如下：不同波长下，假设光阑直径相等，即光强一样，光的频率越大，光电流越大；并且，频率大的光变化也快。在光强较弱时，不同的光产生的光电流大小相差无几，但当光强变大后，两者差距逐渐变大。4在QUOTE的情况下，保证光阑直径为8mm，测量两种光强下，光电流与入射距离的变化关系如下表和下列图所示：入射距离L4038363433I/QUOTE117.1133.3146.8174.3184入射距离L4039383736353433I/QUOTE42.34445.549.757.259.466.674.1入射距离增大，光强势必会减小，由图可知，光电流变小，这样的结论和以上改变光阑直径所得结论相一致。对于不同的光波，频率大的光在一样的光强条件下，获得的光电流较大。实验总结：实验中改变入射距离处误差最大，所以只能做定性分析，不能用于定量计算