光電效應(yīng)測(cè)普朗克常量

1、課程名稱：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（下）_實(shí)驗(yàn)名稱：光電效應(yīng)測(cè)普朗克常量_學(xué)院：信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)： _ 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大樓B309座位號(hào)： _ 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：第9周星期三下午三點(diǎn)四十五分_ 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 研究光電管的伏安特性及光電特性。2、 比較不同頻率光強(qiáng)的伏安特性曲線和遏止電壓。3、 了解光電效應(yīng)的規(guī)律，加深對(duì)光的量子性的理解。4、 驗(yàn)證愛(ài)因斯坦方程，并測(cè)定普朗克常量h。二、 實(shí)驗(yàn)原理：即 12mv2=e×Ua，因?yàn)閁a與成正比，所示初動(dòng)能大小與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只是隨著頻率的增大而增大，愛(ài)因斯坦方程可表示：Ua=he×v-We式中h為普朗克常量，公認(rèn)值為&

2、#215;10-34Js。v為入射光頻率，12mvm2是光電子飛出金屬表面后所具有的最大動(dòng)能，W是電子從金屬內(nèi)部逸出表面所需的逸出功。v存在截止頻率v0，使hv0-W=0，此時(shí)吸收的光子能量hv0恰好用于抵消電子逸出功而沒(méi)有多余的動(dòng)能，即12mv02=0。因而只有當(dāng)入射光的頻率vv0時(shí)，才能產(chǎn)生光電流，不同金屬的逸出功不同，所以有不同的截止頻率。（1） 伏安特性無(wú)光照陰極時(shí)，由于陽(yáng)極和陰極是斷路的，所以G中無(wú)電流通過(guò)。用光照射陰極時(shí)，由于陰極釋放出電子而形成陰極光電流（簡(jiǎn)稱陰極電流）。加速電勢(shì)差UAK越大，陰極電流越大，UAK增加到一定數(shù)值后，陰極電流不再增大而達(dá)到某一飽和值IS， IS的大小

3、和照射光的強(qiáng)度成正比。（2） 遏止電壓及普朗克常量的測(cè)量加速電勢(shì)差UAK變?yōu)樨?fù)值時(shí)，陰極電流會(huì)迅速減少，當(dāng)加速電勢(shì)差UAK取負(fù)值到一定值時(shí)，陰極電流變?yōu)?，與此對(duì)應(yīng)的電勢(shì)差稱為遏止電勢(shì)差，用Ua來(lái)表示。Ua的大小與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，而是隨著照射光的頻率的增大而增大。（3） 截止頻率（紅限）光電效應(yīng)應(yīng)該存在一個(gè)頻率閾值v0，稱為截止頻率（紅限）。當(dāng)入射光頻率v<v0時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)如何，均不能產(chǎn)生光電效應(yīng)；對(duì)應(yīng)入射光的頻率稱為陰極的紅限，用v0來(lái)表示。（4） 光電效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)，只要入射光頻率滿足要求，光電管一經(jīng)光線照射，幾乎同時(shí)就有光電子產(chǎn)生，延遲時(shí)間最多不超過(guò)10-9s。三、 實(shí)驗(yàn)儀器：1、

4、實(shí)驗(yàn)儀器構(gòu)成：FB807型光電效應(yīng)（普朗克常量）測(cè)定儀由光電檢測(cè)裝置和測(cè)定儀主機(jī)兩部分構(gòu)成。光電檢測(cè)裝置包括：光電管暗箱、汞燈電源箱和導(dǎo)軌等。2、 實(shí)驗(yàn)主機(jī)為FB807型光電效應(yīng)（普朗克常量）測(cè)定儀，該測(cè)定儀是主要包含微電流放大器和直流電壓發(fā)生器兩大部分組成的整體儀器。3、 光電管暗箱：安裝有濾色片，光闌（可調(diào)節(jié)）、擋光罩、光電管。4、 汞燈燈箱：安裝有汞燈管、擋光罩。5、 汞燈電源箱：箱內(nèi)安裝鎮(zhèn)流器，提供點(diǎn)亮汞燈的電源。四、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：截止電壓|Uai|/V1、 測(cè)量截止電勢(shì)差：Ua-v關(guān)系波長(zhǎng)i/nm365405436546577頻率vi/×1014Hz8.2147.4086

5、.8795.4905.196截止電壓Uai/V-斜率k可以求得h=ek=1.602×10-19×0.41646.671×10-34Js2、 測(cè)光電管的伏安特性曲線：I-UAK關(guān)系365nmUAK/V-1258111417202326I/×10-10A0276695117145168190211231405nmUAK/V-1258111417202326I/×10-10A091825313843485255436nmUAK/V-1258111417202326I/×10-10A0101927344247525761546nmUAK/V-

6、1258111417202326I/×10-10A081621263033363739577nmUAK/V-1258111417202326I/×10-10A071418222527293032IS-P關(guān)系 UAK=30V =365nm L=400mm光闌孔直徑D/mm248I/×10-10A82245770由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出來(lái)，飽和電流和光照強(qiáng)度成正比。IS-P關(guān)系 UAK=30V =365nm D=4mm距離L/mm300350400I/×10-10A467332250由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出來(lái)，飽和電流和光照強(qiáng)度成正比。五、 誤差分析：實(shí)驗(yàn)測(cè)得的普朗克常

7、量h=6.671×10-34Js，與實(shí)際普朗克常量h=6.626×10-34Js有一定誤差。可能有以下幾種原因：1、光電管沒(méi)有受到光照射時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生電流，它是由于熱電子發(fā)射、和光電管管殼漏電等原因造成，這種電流叫暗電流； 2、由于室內(nèi)的各種漫反射光線射入光電管，產(chǎn)生了本底電流，它使光電流不可能降為零且隨電壓的變化而變化。3、調(diào)零時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)誤差。六、 思考題：1、測(cè)定普朗克常量的關(guān)鍵是什么？怎樣根據(jù)光電管的特性曲線選擇適宜的測(cè)定遏止電勢(shì)差Ua的方法。答：關(guān)鍵在于獲得單色光、測(cè)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，單色光可由汞燈光源經(jīng)過(guò)單色儀選擇譜線產(chǎn)生。當(dāng)光電特性的正向電流上升得很快，反向電流很小，則可以用光電流特性曲線與暗電流特性曲線交點(diǎn)的電勢(shì)差U'a近似地當(dāng)作遏止電勢(shì)差Ua（交點(diǎn)法）。如果反向特性曲線的反向電流雖然較大，但其飽和速度很快，則可以用反向電流開(kāi)始飽和時(shí)的拐點(diǎn)電勢(shì)差U''a當(dāng)成遏止電勢(shì)差Ua（拐點(diǎn)法）。2、從遏止電勢(shì)差Ua與入射光頻率v的關(guān)系曲線中，你能確定陰極材料的逸出功嗎？答：在直角坐標(biāo)系中坐出Ua和v 的關(guān)系曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明曲線是一條直線，證明愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。該直線的斜率即為he ,h為普朗克常量。而該直線的延長(zhǎng)線與Ua軸的截距為Wse,Ws為材料的逸出功。因此，可以確定材