光電效應物理實驗報告

1、精品文檔實驗目的:(1)(1) 了解光電效應的規(guī)律，加深對光的量子性的理解 (2)(2)測量普朗克常量 h ho實驗儀器：ZKY-GD-4ZKY-GD-4 光電效應實驗儀1 1 微電流放大器2 2 光電管工作電源3 3 光電管4 4 濾色片5 5 汞燈 實驗原理：原理圖如右圖所示：入射光照射到光電管陰極 K K 上，產 生的光電子在電場的作用下向陽極A A 遷移形成光電流。改變外加電壓VAK,測量出光電流 I I 的大小，即可得出光電管得伏 安特性曲線。1)1)對于某一頻率，光電效應l-Vl-VAK關系如圖所示。從圖中可見，對于一定頻率，有一電壓VO，當VAKWVO時， 電流為 0 0， 這個

2、電壓VO叫做截止電壓。2)2)當VAKVO后，電流 I I 迅速增大，然后趨于飽和， 飽和光電流IMIM 的大小與入射光的強度成正比。4)4)對于截止頻率VO與頻率的關系圖如下所示。VO與成正比關系。當入射光的頻率低于某極限值 光強度如何大、照射時間如何長，都沒有光電流產生。光電效應3 3)對于不同頻率的光來說, 的數(shù)值不同，如右圖：其截止頻率* /丿廠l/j后堆20UK【時，不論發(fā)精品文檔5 5）光電流效應是瞬時效應。即使光電流的發(fā)光強度非常微弱，只要頻率大于:,在開始照射后立即就要光電子產生，所經過的時間之多為1010-9s s 的數(shù)量級。實驗內容及測量：1 1 將 4mm4mm 的光闌及

3、 365365nmnm 的濾光片祖昂在光電管暗箱光輸入口上， 打開汞燈遮光蓋。 從低 到高調節(jié)電壓（絕對值減?。?，觀察電流值的變化，尋找電流為零時對應的VAK值，以其絕對值作為該波長對應的一值，測量數(shù)據(jù)如下：波長/nm365404.7435.8546.1577頻率/X108.2147.4086.8975.495.196截止電壓N1.6791.3351.1070.5570.434由圖可知：直線的方程是 ：y=0.4098x-1.6988y=0.4098x-1.6988 所以：h/e=0.4098h/e=0.4098X，h=1.6x irwx0.4096 x IO-14= 6.5568x 10_3

4、4J-s當 y=0y=0,即時，一一一 一1. 一/_，即該金屬的截止頻率為- - - ：二。也就是說，如果入射光如果頻率低于上值時，不精品文檔管光強多大也不能產生光電流；頻率高于上值，就可以產生光電流。精品文檔我們知道普朗克常量卜：*込所以，相對誤差:2 2 測量光電管的伏安特性曲線1 1）用 435.8nm435.8nm 的濾色片和 4mm4mm 的光闌實驗數(shù)據(jù)如下表所示：435.8nm 4mm 光闌 l-VAK的關系VKIVAKIVAKIVAKIVAKIVAKI0.040 1.90.858 4.22.3009.36.60019.512.000 : 7.322.00035.80.089 2

5、：.10.935 4.42.500106.80019.912.500 : 7.722.70036.20.151 2.31.096 4.92.700 10.67.20020.513.000 : 8.324.100370.211 2.41.208 5.32.900 11.17.80021.514.200 : 9.425.70037.90.340 2：.71.325 5.63.200128.7002315.000 : J0.126.80038.30.395 2.91.468 6.13.800 13.99.10023.616.100 : J1.127.50038.70.470 3，.11.637 6.

6、74.200 14.89.80024.616.600 : J1.629.50039.50.561 3.31.779 7.24.900 16.410.20025.117.500 : 2330.90040.10.656 3，.61.930 7.85.400 17.410.70025.818.600330.725 3.82.000 8.36.100 18.711.10026.319.600 : J3.72 2）用 546.1546.1 nmnm 的濾光片和 4mm4mm 的光闌 數(shù)據(jù)如下表所示：546.1 nm 4mm 光闌 I-VAK的關系VAKIVKIVAKIVAKI0.31.35.99.113

7、.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作兩種情況下，光電管得伏安特性曲線:根據(jù)線性回歸理論:可得：

8、k=0.409k=0.409EXCELEXCEL 給出的直線斜率相同。匚也二-0.01044/to精品文檔光電管的伏安特性由上圖可知：1)1)光電流隨管壓降的增大而逐漸增大。在增大的過程中，增長速度由快變慢最終達到飽和。這一點在546.1546.1 nmnm 的伏安特性中可以清楚地看出。2)2)當管壓降相同時，比較兩個不同波長的光電流可以發(fā)現(xiàn)：波長長的，即頻率小的(546.1546.1 nmnm )光電流??；波長短的，即頻率大的(435.8nm435.8nm )光電流大。這也間接19hv = -rav證明了愛因斯坦的光電流方程：一 。對于同一種金屬，溢出功 A A 相等,頻率高的就能得到更大的

9、動能來克服金屬的束縛，從而形成更大的光電流。3 3保持管壓降-不變，調整光闌的直徑，分別為：2mm,2mm, 4mm,4mm, 8mm8mm。測量對應的電流如下：光闌孔直徑 mm248435.8nm1/ X 1 曠8.836.8108.9546.1 nmI/X 1 曠3.915.946.5作出兩種不同波長的光電流隨光強的變化圖，如下:精品文檔光電流隨光闌直徑的變化10光風直徑/mm我們可以看出：1 1）同一種波長下，光電流隨光闌直徑的增大而增大。由于數(shù)據(jù)點有限，不能表明光 闌面積（即光強的大?。┩怆娏鞯木唧w關系，是否是線性的，也就無從得知。 所畫出的圖形如下：光電流隨光強的變化2 2）不同波

10、長下，若光闌直徑相等，即光強相同，光的頻率越大，光電流越大；并且, 頻率大的光變化也快。在光強較弱時，不同的光產生的光電流大小相差無幾，但 當光強變大后，兩者差距逐漸變大。4 4 在：的情況下 ，保證光闌直徑為8mm8mm，測量兩種光強下，光電流與入射距離的變化關系如下表和下圖所示：入射距離 L40383634331/ x 10_104117.1133.3146.8174.3184入射距離 L4039383736353433435 BnmM 546.lnm01丄VOTX、一撰區(qū)米8精品文檔I/ x 10_10442.34445.549.757.259.466.674.1精品文檔光電流隨入射距離的關系入射距離增大，光強勢必會減小，由圖可知，光電流變小，這樣的結論和以上改變光闌直徑所得結論相一致。對于不同的光波，頻率大的光在相同的光強條件下，獲 得的光電流較大。實驗總結：1 1） 實驗中改變入射距離處誤差最大，所以只能做定性分析，不能用于定量計算。2 2） 通過實驗得到了普朗克常數(shù)，也驗證了愛因斯坦的光電效應方程。3 3） EXCELEXCE