大物仿真實驗實驗報告

1、大物仿真實驗實驗報告 物理仿真實驗實驗報告 光電效應與普朗克常量得確定 一、實驗簡介 105 年，年僅6 歲得愛因斯坦提出光量子假說,發(fā)表了在物理學發(fā)展史上具有里程碑意義得光電效應理論，0 年后被具有非凡才能得物理學家密里根用光輝得實驗證實了。兩位物理大師之間微妙得默契配合推動了物理學得發(fā)展，她們都因光電效應等方面得杰出貢獻分別于 191 年與92年獲得諾貝爾物理學獎. 光電效應實驗及其光量子理論得解釋在量子理論得確立與發(fā)展上,在揭示光得波粒二象性等方面都具有劃時代得深遠意義。利用光電效應制成得光電器件在科學技術中得到廣泛得應用，并且至今還在不斷開辟新得應用領域，具有廣闊得應用前景。 二、實驗

2、目得 （1）了解光電效應基本規(guī)律，加深對光量子論得認識與理解； (2）了解光電管得結(jié)構(gòu)與性能，并測定其基本特性曲線; (3）驗證愛因斯坦光電效應方程,并測量普朗克常量. 三、實驗原理 當光照在物體上時,光得能量僅部分地以熱得形式被物體吸收，而另一部分則轉(zhuǎn)換為物體中某些電子得能量,使電子逸出物體表面,這種現(xiàn)象稱為光電效應，逸出得電子稱為光電子.在光電效應中,光顯示出它得粒子性質(zhì),所以這種現(xiàn)象對認識光得本性,具有極其重要得意義. 光電效應實驗原理如圖 1 所示。其中 s 為真空光電管,為陰極，a 為陽極。當無光照射陰極時，由于陽極與陰極就是斷路,所以檢流計中無電流流過,當用一波長比較短得單色光照射

3、到陰極 k 上時,形成光電流，光電流隨加速電位差 u變化得伏安特性曲線如圖 2 所示. 1、光電流與入射光強度得關系 光電流隨加速電位差 u 得增加而增加,加速電位差增加到一定量值后,光電流達到飽與值，飽與電流與光強成正比，而與入射光得頻率無關。當變成負值時，光電流迅速減小。實驗指出，有一個遏止電位差存在，當電位差達到這個值時,光電流為零。 2、光電子得初動能與入射光頻率之間得關系 光電子從陰極逸出時,具有初動能.在減速電壓下,光電子在逆著電場力方向由 k 極向 a 極運動.當 時,光電子不再能達到 a 極，光電流為零.所以電子得初動能等于它克服電場力所作得功。即 （1） 根據(jù)愛因斯坦關于光得

4、本性得假設,光就是一粒一粒運動著得粒子流,這些光粒子稱為光子。每一光子得能量為,其中為普朗克常量,為光波得頻率。所以不同頻率得光波對應光子得能量不同。光電子吸收了光子得能量之后,一部分消耗于克服電子得逸出功 a,另一部分轉(zhuǎn)換為電子動能。由能量守恒定律可知 （) 式（2）稱為愛因斯坦光電效應方程. 由此可見，光電子得初動能與入射光頻率成線性關系,而與入射光得強度無關. 、光電效應有光電閾存在 實驗指出,當光得頻率時,不論用多強得光照射到物質(zhì)都不會產(chǎn)生光電效應,根據(jù)式(2), ，稱為紅限。 愛因斯坦，光電效應方程同時提供了測普朗克常量得一種方法：由式（1） 與(2)可得： 。當用不同頻率（)得單色

5、光分別做光源時，就有 任意聯(lián)立其中兩個方程就可得到 由此若測定了兩個不同頻率得單色光所對應得遏止電位差即可算出普朗克常量,也可由直線得斜率求出 h。 因此，用光電效應方法測量普朗克常量得關鍵在于獲得單色光、測得光電管得伏安特性曲線與確定遏止電位差值。 實驗中，單色光可由水銀燈光源經(jīng)過單色儀選擇譜線產(chǎn)生。水銀燈就是一種氣體放電光源，點燃穩(wěn)定后,在可見光區(qū)域內(nèi)有幾條波長相差較遠得強譜線，如表 1 所示。單色儀得鼓輪讀數(shù)與出射光得波長存在一一對應關系,由單色儀得定標曲線,即可查出出射單色光得波長(有關單色儀得結(jié)構(gòu)與使用方法請參閱有關說明書),也可用水銀燈（或白熾燈)與濾光片聯(lián)合作用產(chǎn)生單色光. 為了

6、獲得準確得遏止電位差值，本實驗用得光電管應該具備下列條件： （1）對所有可見光譜都比較靈敏； （2）陽極包圍陰極,這樣當陽極為負電位時,大部分光電子仍能射到陽極; (3)陽極沒有光電效應,不會產(chǎn)生反向電流； （4）暗電流很小。 但就是實際使用得真空型光電管并不完全滿足以上條件。由于存在陽極光電效應所引起得反向電流與暗電流（即無光照射時得電流），所以測得得電流值,實際上包括上述兩種電流與由陰極光電效應所產(chǎn)生得正向電流三個部分,所以伏安曲線并不與 u 軸相切。由于暗電流就是由陰極得熱電子發(fā)射及光電管管殼漏電等原因產(chǎn)生，與陰極正向光電流相比，其值很小，且基本上隨電位差呈線性變化，因此可忽略其對遏止電

7、位差得影響。陽極反向光電流雖然在實驗中較顯著，但它服從一定規(guī)律.據(jù)此，確定遏止電位差值，可采用以下兩種方法： ()交點法： 光電管陽極用逸出功較大得材料制作,制作過程中盡量防止陰極材料蒸發(fā),實驗前對光電管陽極通電，減少其上濺射得陰極材料,實驗中避免入射光直接照射到陽極上，這樣可使它得反向電流大大減少,其伏安特性曲線與圖十分接近,因此曲線與 u 軸交點得電位差近似等于遏止電位差,此即交點法。 (2)拐點法: 光電管陽極反向光電流雖然較大,但在結(jié)構(gòu)設計上，若就是反向光電流能較快地飽與,則伏安特性曲線在反向電流進入飽與段后有著明顯得拐點，如圖 3 所示，此拐點得電位差即為遏止電位差。 四、實驗儀器及

8、使用方法 1、實驗儀器 光電管，光源(汞燈），濾波片組(57、0m,546、nm，3、8nm,404、 7n，65nm 濾波片)，0、25%、0得濾光片，直流電源、檢流計（或微電流計)、直流電壓計等。 、儀器得使用方法 (1)光源（汞燈)： 雙擊實驗桌上光源小圖標彈出光源得調(diào)節(jié)窗體，單擊調(diào)節(jié)窗體得光源開關可以關閉或打開光源. 光電管： 雙擊實驗桌上光電管得小圖標，彈出光電管得調(diào)節(jié)窗體；再單擊調(diào)節(jié)窗體中得光電管會彈出調(diào)節(jié)光電管得方向鍵。鍵：光電管水平向左移動,鍵,光電管水平向右移動，鍵:光電管垂直方向增加高度，鍵:光電管垂直方向減小高度. 雙擊調(diào)節(jié)窗體中光電管得背面(側(cè)面中得背面）,即可彈出顯示

9、光電管背面信息得窗體，以便完成實驗中得線路連接。 (3)濾波片組盒子： 雙擊實驗桌上得濾波片組盒子,彈出濾波片組盒子得調(diào)節(jié)窗體.盒子中存放有（77、0nm，56、1nm，435、8nm，4、7m,365nm 濾波片以及 50，%,0得濾光片)。 (4)電源及測試系統(tǒng)： 雙擊實驗桌上得電源及測試系統(tǒng),彈出電源及測試系統(tǒng)得調(diào)節(jié)窗體.單擊電源開關可以打開或關閉電源；左擊電流檔，電流調(diào)小,右擊電流檔，電流調(diào)大;左擊電壓檔，電壓調(diào)小,右擊電壓檔，電壓調(diào)大;單擊電源極性按鈕可以改變電源輸出極性. 五、實驗內(nèi)容 1、 接線電路圖如圖 4 所示。 在 577、nm、6、n、43、8m、04、7n四種單色光下分

10、別測出光電管得伏安特性曲線，并根據(jù)此曲線確定遏止電位差值，計算普朗克常量。 實驗中光電流比較微弱,其值與光電管類型,單色光強弱等因素有關,因此應根據(jù)實際情況選用合適得測量儀器。例如,選用 gd-4、gd-、或 1977 型光電管，選用得檢流計得分度值應在 a/分度左右。如果要測量更微弱得電流可用微電流計,可測量 a 得電流。 由于光電管得內(nèi)阻很高，光電流如此之微弱,因此測量中要注意抗外界電磁干擾。并避免光直接照射陽極與防止雜散光干擾。 作得關系曲線，用一元線性回歸法計算光電管陰極材料得紅限頻率、逸出功及值，并與公認值比較. 2、 測定光電管得光電特性曲線，即飽與光電流與照射光強度得關系，實驗室提供有透光率0% ， 25 ,1%得濾光片,請用 57、0nm 波長為光源，在光電管、光源位置固定時,測光電管得正向伏安特性曲線，驗證飽與電流與