光电效应实验报告

一、引言应。对于光电效应的研究，使人们进一步认识到光的波粒二象性的本质，促进了光的量子理论的建立和近代物理学的发展现在观点效应以及基于其理论所制成的各种光学实光电效应的各种实验规律，加深对光的粒子性的认识。二、实验原理PAKAV光电效应原理图1.光电效应就是在光的照射下，某些物质内部的电子背光激发出来形成电流的现象；量子性则是源于电磁波的发射和吸收不连续而是一份一份地进行，每一份能量称之为一个能量子，等于普朗克常数乘以辐射电磁波的频率，即E=h*fPAKAV光电效应原理图2.本实验的实验原理图如右图所示，用光强度为P的单色光照射光电管阴极,阴极释放出的电子在电源产生的电场的作用下加速向A移动，在回路中形成光电流，光电效应有以下实验规律；1)在光强P一定时随着U的增大光电流逐渐增大到饱和饱和电与入射光强成正比。2)在光电管两端加反向电压是，光电流变小，在理想状态下，光电流减小到零时说明电子无法打到A,此时2。3)改变入射光频率f时截止电压o也随之改变o与f成线性关系并且存在一个截止频率只有当o,对应波长称之为截止波长（红限，截止频率还与o有关。4)爱因斯坦的光电效应方程其中W为电子脱离金属所需要的功，即逸出功，与2中方程联立得：e–e。3.光阑光具组件中光学元件的边缘框架或特别设置的带孔屏障称为光阑，光学系统中能够限制成像大小或成像空间范围的元件。简单地说光阑就是控制光束通过多少的设备。主要用于调节通过的光束的强弱和照明范围。三、实验装置及实验过实验装置光电管、高压汞灯（带电源，光电效应实验仪，导轨，滤色片（紫外m，紫m蓝m绿546.1nm,黄（m;实验装置的图像已在预习报告中给出。实验过程：实验开始时开始把汞灯打开，用盖子盖好实验1数h;1)将4mm的光圈放在光电管的入射孔，放好577nm调为0V-2V——V于10^13档，将测试仪电流输入电缆线断开，调零后重新接上；2)记录此时的电流表示数为^-3，减小电压发现此电压略有变小在-1.9V时示数为量程不变,增大电压到1.5V时电流表示数为-4；3)打开高压汞灯的盖子，发现电流为正，之后减小电压至光电流为零，遮光后观察此时电流表示数在-0.8-9跳动，而后打开盖子，减小电压至电流表示数为-此时有无光电流表示数不变此时的电压即为截止电压。4) 更换不同波长的滤色片按照以上的方法测出相应波长下的截止电压并记录；由数据拟合出截止电压与入射光频率的关系，并计算普朗克常量h。实验21)将电压按键置于-2V—+2V档选择开关置于10-档位，将测试仪电流输入电缆线断开，调零后重新接上。2)选用4mm的光阑及1的滤色片由于-2V+2V档之间电流变化较快，故在此区间内多去一些数据点（约V一个；测量至=-0.006V时由于更换电流表量程至10^-12A，故重新进行调零；在V-2VV据点的间隔（3V一个；在V至10-11A次调零；3)依次记录以上数据到表格中，并且描绘出其变化曲线实验3系;1)根据伏安特性曲线将电压控制在5.0V合适的位置，更换光阑时不会造成电流表量程的改变，减少了改变量程要调零的麻烦；2)将电压表量程置于-2VV，根据以上实验结果将电流表量程调至10^11A，将测试仪电流输入电缆线断开，调零后重新接上。3)选取m5.0V射光的强度，并且记录光阑口径与对应的光电流的值；拟合出口径面积与光电流的关系图像。实验41) 选取4mm的光阑，将电压表量程置于-2V-V,电压设于4.0V,表量程置于10^-A将测试仪电流输入电缆线断开调零后重新接上。2) 依次更换不同波长的滤光片记录相应滤光片下的光电流的大小根数据描出数据点，观察入射光波长与光电流的关系。选做实验：阑4mm,滤光片m阑2mm片m验2中的测量记录数据的方法，记录相应的数据并绘出其伏安特性曲线，并适当的进行对比四、实验结果数光阑：实验1：数光阑：序号波长（n）压频率（H）12345右图即为Uo~f的拟合曲线，拟合方程Uo=4.23E-15*f+1.63,拟合系数为0.999，其中斜率的不确定度为6*E-1，截距的不确定度为0.04,对应于爱斯坦方程Uo=(h/e)f-W/e得到h（6.77+-0.0）*10^-34。

V(U4 4 4 实验2及 f) 光光阑：光阑：m ：第2第0序号电压（V）电流A）序号电压V）电流（A）110^-1）2222332442552662772882993010311132（）12331334143515361637173818391940202）412142右图即为光阑4mm光波长时光电管的伏安特性曲线，由图表可知，在电压由-2到-0.8左右之变化时光电流基本不变，而后到3V都成数快速上涨，从4V开始光电流的增长

A(I

0 0 0 光波长：m：逐渐变得缓慢到光波长：m：

U(V) 于平稳；序光阑直径光电流（）（mm^）号122438右图为光阑面积与光电流的关系，光阑是控制光束通过多少的设备，故光束通过多少应该与光阑面积成正比，以光阑面积来代替光强得到右图所示(I关系，拟合方程为,得到的方程为(I=为2斜率不确定度为；实验：

0 0 0 0 0 S(mm^2)光阑：m序号 波长（n）1 5772 5463 4364 4055 365光电流（）A(I

A(nm)由上面的数据及散点图发现光波长与光电流并没有简单的变化关系但总体趋势随着波长的增大，光电流先减小后增大，然后再减小。选做实验：本实验与实验二的内容相同结果也都是先基本不变而后指数增长再增长减慢，最后趋于平稳。实验数据及实验表格都附于实验报告的最后。五、讨论和分实验1：实验数据拟合分析测得普朗克常量h=（6.77+-0.06）*10^-34,较普朗克常量的实际值6.626*10^-34偏大，产生误差主要有以下几个原因：1)测量截止电压时虽然采用了补偿法能将系统误差控制在一个较小的范围，但是由于光电效应测试仪本身示数在不停跳动，在一定时间上很难稳定下来，而且照射高压汞灯后电流的最小值明显低于无光时的本底电流及暗电流，这对于截止电压的测量都会造成一定的困难。2)我的实验器材中与导轨配套的高压汞灯损坏，故配的是无导轨的高压汞灯，在测量各波长对应的截止电压时，由于汞灯和光电管的相对位置不能固定，所以个测量条件有略微不同，会对截止电压的测量造成一定的影响。实验2：本实验所得的伏安特性曲线大致满足其应有的变化关系，刚开始时由于电压增大，被加速打到A-2V——+2V,+2V——+30V变化趋势前面那段增长快故需要多取点提高精度后面增长慢故取点间隔相对较大。有：1)在本实验中，光电流示数的跳动尤为明显都在当时示数的正负5左右，所以读数只能观察一会儿取中间的数进行读取，这使得电流的读数存在一定的问题。2)导轨的不存在对本实验的影响更要大一些，由于此实验要经常更换量程，于是就要调零，调零就要碰到光电管，很容易使光电管位置发生移动。实验3：本实验中我们用光阑面积来衡量光的强度是存在问题的光的强度只与它本身的没增大光强度；向A光电流也就相应增大。当然，虽然对于I~S的拟合度高达0.99992，但是由于实验中只行进一步的验证。实验4：是随着波长的增大而减小；在436nm的蓝光处又增加的原因就在于高压汞灯内部蓝光波长所占的比例较大所以436nm滤色片且蓝光所占比重较大，导致了光电流随着波长的增大，先减小后增大再减小的现象。选做实验：对比，大致得到如下结果：1)保持波长不变，改变光阑口径时，光电管的伏安特性曲线的变化趋势没有发生变化，但是总体的伏安特性曲线的电流值相对较小，这与实验3中的实验结果是相符合的；2)保持光阑口径不变改变光波长至365nm得到的伏安特性曲线变化趋势也大致相同，但是总体曲线相对来说比较平稳，其增加阶段的速率相对较小；改进建议：1)首先在利用补偿法测量截止电压时，可将实验速度放慢，多进行几次补偿以提高截止电压的测量精度；2)其次，对于实验仪器也应该有一定的改进：更换新的电缆线以方便调零；对于没有导轨的实验器材应该更新增加导轨；增加光阑的口径数目以对口径与光强的关系进行进一步的验证。3)若要定性分析光强度与光电流的关系可以在高压汞灯刚打开时用调整好电压光阑口径，及滤色片波长，观察此时光电流的变化情况；此时汞灯强度逐渐增加，可以看到光电流也逐渐变大。六、实验结论实验：由实验数据拟合曲线计算得到的普朗克常量的值h=(6.77+-0.06）*10^-34,与实际值6.626*10^-34相差不大，基本验证了爱因斯坦方程的正确性；实验：随着电压的增大，光电流一直处于增加的状态，先是基本不变，到达截止电压也同样验证了以上伏安特性曲线的变化趋势；实验3光阑面积越大射入光电管的光也就越多，电流的关系，可以按照改进建议中的3）来进行观察；实验：光电流随光波长的先减小后增大再减小，经分析得到的一个比较重要的结论就在436nm在各波长光强度相同的情况下，波长越长，光电流应越小；选做实验而2mm光阑的则是光电流总体变小，但是变化趋势与4mm光阑的相同。））第1第21序号电压（V）光阑：电流A）：序号电压V）电流（