光電效應(yīng)測量普朗克常量試驗(yàn)

1、山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙實(shí)驗(yàn)題目：光電效應(yīng)和普朗克常量的測定滿分100姓名：婁春雅 學(xué)號： 201922150275班級：材料卓越二班 實(shí)驗(yàn)日期：07.08校區(qū)：興隆山校區(qū)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律，弁用光電效應(yīng)法測量普朗 克常量。2 .研究光電管的伏安特性及光電特性，掌握用光電管進(jìn)行光電效 應(yīng)研究的方法。3 .學(xué)習(xí)對光電管進(jìn)行光電效應(yīng)研究的方法，比較不同頻率光強(qiáng)的 伏安特性曲線與遏制電壓。4 . 了解光電效應(yīng)的規(guī)律，加深對光的量子性的理解。二、實(shí)驗(yàn)儀器主要儀器有：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置包括以下幾個部分：光電管，光源（汞燈），濾波片組（577.0nm,546.1nm,435.8n

2、m,404.7nm,365nm 濾波片，50% 25% 10%勺透光片）。光電效應(yīng)測試儀包括：直流電源、檢流計（或微電流計）、直流 電壓計等。三、實(shí)驗(yàn)原理（主要公式，原理圖，實(shí)驗(yàn)方法等）當(dāng)光照在物體上時，光的能量僅部分地以熱的形式被物體吸 收，而另一部分則轉(zhuǎn)換為物體中某些電子的能量，使電子逸出物 體表面，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，逸出的電子稱為光電子。在光 電效應(yīng)中，光顯示出它的粒子性質(zhì)，所以這種現(xiàn)象對認(rèn)識光的本 性，具有極其重要的意義。山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。其中S為真空光電管，K為 陰極，A為陽極。當(dāng)無光照射陰極時，由于陽極與陰極是斷路， 所以檢流計G中無電流流過，當(dāng)用一

3、束波長比較短的單色光照射 到陰極K上時，形成光電流，光電流隨加速電位差U變化的伏安特性曲線如圖2。1.光電流與入射光強(qiáng)度的關(guān)系光電流隨加速電位差 U的增加而增加，加速電位差增加到一 定量值后，光電流達(dá)到飽和值 IH,飽和電流與光強(qiáng)成正比。 2.光電子的初動能與入射光頻率之間的關(guān)系光電子從陰極逸出時，具有初動能。當(dāng)U=UA-U負(fù)值時，光電子逆著電場力方向由 K極向A極運(yùn)動，隨著U的增大，光電 流迅速減小，當(dāng)光電流為零，此時的電壓的絕對值稱為遏止電位 差Ua。在減速電壓下，當(dāng)U=Ua時，光電子不再能達(dá)到 A極，光電流 為零。所以電子的初動能等于它克服電場力所作的功。即（1）式。根據(jù)愛因斯坦關(guān)于光的

4、本性的假設(shè)，光是一種微粒，即為光 子。每一光子的能量為（a）,其中h為普朗克常量，v為光波的 頻率。所以不同頻率的光波對應(yīng)光子的能量不同。光電子吸收了 光子的能量hv之后，一部分消耗于克服電子的逸出功A,另一部山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙分轉(zhuǎn)換為電子初動能。由能量守恒定律可得（2）式。1 JL _ Ji < a2 2） hy * r5 W3 .光電效應(yīng)有光電閾存在由（2）式可知，只有光子的能量 hv大于等于逸出功A時，光 電子才能有初動能，才會產(chǎn)生光電效應(yīng)，即當(dāng)光的頻率（ b）時, 不論用多強(qiáng)的光照射到物質(zhì)都不會產(chǎn)生光電效應(yīng)，其中（ c）, 稱為截止頻率（又稱紅限）。不同的金屬材料的逸出功A不同，

5、因而截止頻率也不同。愛因斯坦，光電效應(yīng)方程同時提供了測普朗克常量的一種方 法：由式（1）和（2）可得（d）:。當(dāng)用不同頻率（v1,v2 Vn）的單 色光分別做光源時，就有（3）二日出d M印，二 CMItA卜人2W3十A就小。班1十八對由饌陽區(qū)臺由將捌'山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙因此，用光電效應(yīng)方法測量普朗克常量的關(guān)鍵在于獲得單色 光、測得光電管的伏安特性曲線和確定遏止電位差值。實(shí)驗(yàn)中，單色光可由水銀燈光源經(jīng)過單色儀選擇譜線產(chǎn)生。 水銀燈是一種氣體放電光源，點(diǎn)燃穩(wěn)定后，在可見光區(qū)域內(nèi)有幾 條波長相差較遠(yuǎn)的強(qiáng)譜線，如表 1所示。單色儀的鼓輪讀數(shù)與出 射光的波長存在一一對應(yīng)關(guān)系，由單色儀的定標(biāo)曲線

6、，即可查出 出射單色光的波長（有關(guān)單色儀的結(jié)構(gòu)和使用方法請參閱有關(guān)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。為了獲得準(zhǔn)確的遏止電位差值，本實(shí)驗(yàn)用的光電管應(yīng)該具備 下列條件：表可見光區(qū)汞燈強(qiáng)諳線波長,g頻率顏色3氾0179577. 05. 19B546, 15,鈣2435. S6. 882404. 77. 41036樂08,216一卜瓢,（1）對所著可玩光譜都比較靈敏。（2）陽極包圍陰極，這樣當(dāng)陽極為負(fù)電位時，大部分光電子仍能射到陽極。（3）陽極沒有光電效應(yīng)，不會產(chǎn)生反向電流。（4）暗電流很小。但是實(shí)際使用的真空型光電管弁不完全滿足以上條件。由于 存在陽極光電效應(yīng)所引起的

7、反向電流和暗電流（即無光照射時的 電流），所以測得的電流值，實(shí)際上包括上述兩種電流和由陰極 光電效應(yīng)所產(chǎn)生的正向電流三個部分，所以伏安曲線弁不與U軸相切。由于暗電流是由陰極的熱電子發(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，具值很小，且基本上隨電位差 U呈線性變化，因此可忽略其對遏止電位差的影響。陽極反向光 電流雖然在實(shí)驗(yàn)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：（1）交點(diǎn)法：光電管陽極用逸出功較大的材料制作，制作過程中盡量防止 陰極材料蒸發(fā)，實(shí)驗(yàn)前對光電管陽極通電，減少其上濺射的陰極 材料，實(shí)驗(yàn)中避免入射光直接照射到陽極上，這樣可使它的反向山東大學(xué)

8、實(shí)驗(yàn)報告紙電流大大減少，其伏安特性曲線與圖 2十分接近，因此曲線與 U 軸交點(diǎn)的電位差近似等于遏止電位差，此即交點(diǎn)法。(2)拐點(diǎn)法光電管陽極反向光電流雖然較大，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，若是反 向光電流能較快地飽和，則伏安特性曲線在反向電流進(jìn)入飽和段 后有著明顯的拐點(diǎn)，如圖 3所示，此拐點(diǎn)的電位差即為遏止電位 差。如 就及刷電然例修減物陽M四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 (實(shí)際實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，操作步驟，及提高精度措施)通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律，弁用光電效應(yīng)法測量普朗克常量。在577.0nm、546.1nm、435.8nm、404.7nm四種單色光下分別測出 光電管的伏安特性曲線，弁根據(jù)此曲線確定遏止電位差值，計算 普朗克

9、常量。山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙本實(shí)驗(yàn)所用儀器有：光電管、單色儀（或?yàn)V波片）、水銀燈、檢 流計（或微電流計）、直流電源、直流電壓計等，接線電路圖如 圖4所示。實(shí)驗(yàn)中提供的光電效應(yīng)測試儀，除光電管S外，線路已連接好。如圖4。q 日,J V-cKi為例底般囂成朗實(shí)驗(yàn)中光電流比較微弱，其值與光電管類型，單色光強(qiáng)弱等因素 有關(guān)，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用合適的測量儀器。例如，選用 GD-4 GD-5、或1977型光電管，選用的檢流計的分度值應(yīng)在10的次方-8到10的-9次方A/分度左右。如果要測量更微弱的電流 可用微電流計，可測量10的次方-8到10的-9次方A的電流。由于光電管的內(nèi)阻很高，光電流如此之微弱，因此

10、測量中要 注意抗外界電磁干擾。弁避免光直接照射陽極和防止雜散光干 擾。作Ua-V的關(guān)系曲線，用一元線性回歸法計算光電管陰極材料 的紅限頻率、逸出功及 h值，弁與公認(rèn)值比較。測定光電管的光電特性曲線，即飽和光電流與照射光強(qiáng)度的 關(guān)系，實(shí)驗(yàn)室提供有透光率 50% 25% 10%勺濾光片，請用 577.0nm波長為光源，在光電管、光源位置固定時，測光電管的 正向伏安特性曲線，驗(yàn)證飽和電流與光強(qiáng)關(guān)系。山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙本實(shí)驗(yàn)所用儀器有：光電管、濾波片、濾光片、水銀燈、檢 流計（或微電流計）、直流電源、直流電壓計等。五、數(shù)據(jù)處理1.577.0nm2.546.1nm3.435.8nm山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙山東

11、大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙A1t凝率5.部£+14酢0.25. 4州也今0.328. S8E：a。照7. 41E+UL 18kC 40E-U51. 65E-L9LH7, 04E-345.100%6.50%山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙U（V）7.25%U（V）8.10%山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙U（V）口六、注意事項(xiàng)1 .注意光源的單色性。選擇一組高性能的濾色片，可以保證測量 一組譜線時無其它譜線的干擾，避免譜線相互下擾帶來的測量誤 差。2 .注意光源與光電管接受裝置之間的距離。在更換濾色片等時注 意不要使儀器移動。七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及問題討論總結(jié)：1.本實(shí)驗(yàn)原理比較簡單，但是對操作和數(shù)據(jù)處理有比較高 的要求,且本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)

12、生誤差因素較多，應(yīng)采取各種措施減小誤差。 問題討論：1.本實(shí)驗(yàn)存在哪些誤差來源？實(shí)驗(yàn)中如何解決這些問題？答：在用光電效應(yīng)測定普朗克常量的實(shí)驗(yàn)中的誤差來源主要來自單 色光不夠嚴(yán)格以及陰極光電流的遏止電勢差的確定。而影響陰極 光電流遏止電勢差確定的主要因素有光電管的陽極光電流和光電 流的暗電流。在實(shí)驗(yàn)中主要通過分析陽極光電流和暗電流的特點(diǎn) （陽極光電流在反向區(qū)域幾乎呈飽和狀態(tài)，而暗電流很小，且電流 隨電壓線性變化，它們均對陰極光電流在Uc顯著拐彎的性質(zhì)無影響），在實(shí)驗(yàn)中通過對實(shí)際光電流測定，找到曲線拐點(diǎn)的方法來精 確地求Uc的，單色光的獲得盡可能用精度高的單色儀獲得而不用 濾色（片）的方法獲得；此

13、外應(yīng)盡量減小反射到陽極的散射光，山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙適當(dāng)?shù)靥岣吖怆姽艿恼婵斩纫约岸姌O之間的距離，以減小暗電 流的大小。八、原始數(shù)據(jù)（截圖）山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙賣臉熱據(jù)表格增或列隔少列I435.Snm-0.92退止電壓（單，立:V）增加刻|減少冽普朗克堂里普朗克堂量（至位：E-34J7©4遏止電壓（單位V）T 18遢止電壓（單位6-032量一禪I1234567電出W0.00-0.20-040-0,60-0.80*0.90-0,92電流口用1.240.780.460.220 60.01Q.D0痘仄列演少必404.7n m光電35與對應(yīng)電壓值（電流 電國8®表）山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙K

14、選擇芝恚和芝屯管同合話的龍哥：為殯讀家出的正常芝行.光源與無圭管E必:取合適的電離. 在光豐管上放星第5nm謔液片，目深疏出目E調(diào)節(jié)為3匕謂節(jié)洸源與無學(xué)管匾歸彥，使光電甚應(yīng)溫試 儀的豐更顯亓值為QMg.2、室強(qiáng)重密生理建k軍50泣25%、1。%的逢士者請用577.Mm隈長為光手.在比電管.無野住直 克定時*刑五寺管的正向伏宏幃性曲線洌星范玉：Q7W.1Q瓶透光率光電源與對應(yīng)電壓值（電流 電壓數(shù)垂表）測量欠教12345678mEM0,001.002,003,004M5.0。&W7,00a電流&AJa os1.2D1411481.521.55 1.571.601罩筠明列海少免閱ff

15、l電流值彈及隼A）生5。男遺器軍光電流與對應(yīng)電壓值（電流 電JE1234567Baoo1.002.003.004005.0。&WZOO_3電完加2）0.040.610.710740.760.770.750.800*1_ nrssnsi, 4TraHlm5gyMfg§u7*iiAlU>qj _山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙K送擇光源和芝屯首司含話的龍善：為磅族買法丈正學(xué)走行，光源三方圭省E作須取合適的更高. 在光書管上放黑藥5nm濾波片，電源輸出電三調(diào)節(jié)為3匕調(diào)節(jié)光源與光學(xué)管匠歸彥，使光電區(qū)應(yīng)ShJ 儀的主京史直溝ON4gli2、案強(qiáng)重密生龍建元軍50%、25%. 1。%的透汽片.請

16、用577.Mm委長為花手.在沌電管.無呷士霍 克定時.涮式專若設(shè)正亡加安特性曲江.鄲國范聿：010V.1Q瓶透光率光電宸與對應(yīng)電壓值（電流，電壓數(shù)據(jù)委）456789101102,003-004.005,006,007.008m9,0010.0001.411.如1.521.551.571.601.621.621.65i'r圓ffl電流值彈咬;網(wǎng)生5。外語失軍光電流與對應(yīng)電壓值（電流、電壓數(shù)室表）A5678g101102,003.004.005Q。aoo7.008.0。9.0010.0010710.740.760.770.79o.at>0.810.320.83|什音加列減少于L飽和國而值哩貶ig）0.83山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙完校數(shù)據(jù)表格，Q男透第窣光電海與對應(yīng)電壓值(電流 電壓數(shù)據(jù)表)見量工數(shù)124567£電氏M0.001,0020。MOO4.005.0。&.CKJ7.00電流(pA)aoi0.120J40.150.150,160J60.16增加苑減少更也和電流值岸位:a)0J6山東大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告紙實(shí)臉番據(jù)表格