光電子實驗報告

1、光電效應【實驗目的】（1）了解光電效應的規(guī)律， 加深對光的量子性的認識。 （2） 測量普朗克常量 h。 【實 驗儀器】zky-gd-4 光電效應實驗儀，其組成為：微電流放大器，光電管工作電源，光電管，濾色 片，汞燈。如下圖所示。【實驗原理】光電效應的實驗原理如圖 1 所示。入射光照射到光電管陰極 k 上，產(chǎn)生的光電子在電場 的作用下向陽極 a 遷移構成光電流，改變外加電壓，測量出光電流 i 的大小，即可得出光電 管的伏安特性曲線。 光電效應的基本實驗事實如下：（1）對應于某一頻率 , 光電效應的 i- 有一電壓 u0, 當電壓。（2）當成正比。二關系如圖 2 所示。從圖中可見，對一定的頻率，時

2、，電流為零，這個相對于陰極的負值的陽極電壓uO,被稱為截止后， i 迅速增加，然后趨于飽和，飽和光電流 im 的大小與入射光的強度 p（3）對于不同頻率的光，其截止電壓的值不同，如圖3所示。（4）截止電壓uO與頻率 的 關系如圖 4 所示,與 成正比。當入射光頻率低于某極限值生。（ 隨不同金屬而異）時,不論光的強度如何,照射時間多長,都沒有光電流產(chǎn)（5） 光電效應是瞬時效應。即使入射光的強度非常微弱,只要頻率大于,在開始照 射后立即有光電子產(chǎn)生,所經(jīng)過的時間至多為 秒的數(shù)量級。 按照愛因斯坦的光量子理論,光能并不像電磁波理論所想象的那樣,分布在波陣面上, 而是集中在被稱之為光子的微粒上,但這種

3、微粒仍然保持著頻率（或波長）的概念,頻率為的光子具有能量 e = h , h 為普朗克常數(shù)。當光子照射到金屬表面上時,一次被金屬中 的電子全部吸收,而無需積累能量的時間。電子把這能量的一部分用來克服金屬表面對 它的吸引力,余下的就變?yōu)殡娮与x開金屬表面后的動能,按照能量守恒原理,愛因斯坦提出 了著名的光電效應方程：（1）式中, a 為金屬的逸出功,為光電子獲得的初始動能。 由該式可見,入射到金屬表面的光頻率越高,逸出的電子動能越大,所以即使陽極電位 比陰極電位低時也會有電子落入陽極形成光電流,直至陽極電位低于截止電壓,光電流才為 零,此時有關系：（2） 陽極電位高于截止電壓后,隨著陽極電位的升高

4、,陽極對陰極發(fā)射的電子的收集作用越 強,光電流隨之上升；當陽極電壓高到一定程度,已把陰極發(fā)射的光電子幾乎全收集到陽極,再增加時 i 不再變化,光電流出現(xiàn)飽和,飽和光電流 的大小與入射光的強度 p 成正比。光子的能量a 時,電子不能脫離金屬,因而沒有光電流產(chǎn)生。產(chǎn)生光電=a/h效應的最低頻率（截止頻率）是將（2） 式代入 （1） 式可得：（3）此式表明截止電壓是頻率 的線性函數(shù)，直線斜率 k = h/e ，只要用實 驗方法得出不同的頻率對應的截止電壓，求出直線斜率，就可算出普朗克常數(shù)h。愛因斯坦的光量子理論成功地解釋了光電效應規(guī)律?！緦嶒灢襟E】 1 、 測試前準備）將實驗儀及汞燈電源接通（汞燈及

5、光電管暗盒遮光蓋蓋上） ，預熱 20min 。 2 ）調(diào)整 光電管與汞燈距離為約 40cm并保持不變。）用專用連接線將光電管暗箱電壓輸入端與實驗儀電壓輸出端 （后面板上）連接起來 （紅 紅，藍藍） 。） 將“電流量程”選擇開關置于所選檔位，進行測試前調(diào)零。調(diào)零時應將光電管暗盒 電流輸出端 k 與實驗儀微電流輸入端（后面板上）斷開，且必須斷開連線的實驗儀一端。旋 轉(zhuǎn)“調(diào)零” 旋鈕使電流指示為 000.0。）調(diào)節(jié)好后，用高頻匹配電纜將電流輸入連接起來，按“調(diào)零確認/ 系統(tǒng)清零”鍵，系統(tǒng)進入測試狀態(tài)。如果要動態(tài)顯示采集曲線，需將實驗儀的“信號輸出”端口接至示波器的“y”輸入端，“同步輸出”端口接至示

6、波器的“外觸發(fā)”輸入端。示波器“觸發(fā)源”開關撥至“外”，“y衰減”旋鈕撥至約“ 1v/格”,“掃描時間”旋鈕撥至約“ 20卩s/格”。此時示波器將用輪流掃 描的方式顯示 5個存儲區(qū)中存儲的曲線，橫軸代表電壓、測普朗克常數(shù) h：測量截止電壓時， “伏安特性測試 /截止電壓測試” 狀態(tài)鍵應為截止電壓測試狀態(tài)， “電流 量程”開關應處于） 手動測量使“手動 /自動”模式鍵處于手動模式。將直徑4mn的光闌及365.0nm的濾色片裝在光電管暗盒光輸入口上，打開汞燈遮光蓋。a 檔。，縱軸代表電流 i 。此時電壓表顯示的值， 單位為伏；電流表顯示與對應的電流值 i ，單位為所選擇的的值， 鍵用于選擇調(diào)節(jié)位，

7、“電流量程”。用電壓調(diào)節(jié)鍵可調(diào)節(jié)鍵用于調(diào)節(jié)值的大小。從低到高調(diào)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以其絕 對值作為該波長對應的的值，并將數(shù)據(jù)記于表 1 中。為盡快找到的值，調(diào)節(jié)時應從高位到低位，先確定高位的值，再順次往低位調(diào)節(jié)。依次換上 365.0 nm ， 435.8 nm ， 546.1nm， 404.7 nm 的濾色片，重復以上測量步驟。） 自動測量按“手動 /自動”模式鍵切換到自動模式。此時電流表左邊的指示燈閃爍，表示系統(tǒng)處于自動測量掃描范圍設置狀態(tài)，用電壓 調(diào)節(jié)鍵可設置掃描起始和終止電壓。 （注：顯區(qū)左邊設置起始電壓，右邊設置終止電壓） 實驗儀設有 5

8、個數(shù)據(jù)存儲區(qū)，每個存儲區(qū)可存儲 500 組數(shù)據(jù)，由指示燈表示其狀態(tài)。燈亮表 示該存儲區(qū)已存有數(shù)據(jù)，燈不亮為空存儲區(qū)，燈閃爍表示系統(tǒng)預選的或正在存儲數(shù)據(jù)的存儲 區(qū)。設置好掃描起始和終止電壓后，按動相應的存儲區(qū)按鍵，儀器將先清除存儲區(qū)原有數(shù) 據(jù)，等待約30秒，然后按4mv的步長自動掃描，并顯示、存儲相應的電壓、電流值。掃描完 成后，儀器自動進入數(shù)據(jù)查詢狀態(tài)，此時查詢指示燈亮，顯示區(qū)顯示掃描起始電壓和相應的 電流值。用電壓調(diào)節(jié)鍵改變電壓值，就可查閱到在測試過程中，掃描電壓為當前顯示值時相 應的電流值。讀取電流為零時對應的數(shù)據(jù)記于表 1 中。表1 u0 關系光闌孔0 = mm，以其絕對值作為該波長對應

9、的 u 的值，并將按“查詢”鍵，查詢指示燈滅，系統(tǒng)回復到掃描范圍設置狀態(tài)，可進行下一次測量。將 儀器與示波器連接，可觀察到為負值時各譜線在選定的掃描范圍內(nèi)的伏安特性曲線。、測光電管的伏安特性曲線： 此時，將“伏安特性測試 / 截止電壓測試” 狀態(tài)鍵切換 至伏安特性測試狀態(tài)。 “電流量程”開關應撥至a 檔，并重新調(diào)零。將直徑4mm的光闌及所選譜線的濾色片裝在光電管暗盒光輸入口上。測伏安特性曲線可選用“手動/自動”兩種模式之一，測量的最大范圍為-150v。手動測量時每隔 0.5v記錄一組數(shù)據(jù)，自動測量時步長為1v。記錄所測及 i 的數(shù)據(jù)。 從低到高調(diào)節(jié)電壓， 記錄電流從零到非零點所對應的電壓值并作

10、為第一組數(shù)據(jù)， 以 后 電壓沒變化一定值（可選為 1v）記錄一組數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)記錄表中。換上546nm的濾色片，重復上述實驗步驟。在為 50v 時，將儀器設置為手動模式，測量記錄同一譜線、同一入射距離、光闌分別為2mm,4mm,8m時對應的電流值于數(shù)據(jù)記錄表中。在為 50v 時，將儀器設置為手動模式，測量并記錄同一譜線、同一光闌、不同入 射距離時對應的電流值于數(shù)據(jù)記錄表中?！緦嶒灁?shù)據(jù)處理】（ 1 ）求普朗克常數(shù)實驗中測得的數(shù)據(jù)如下表所示：光纜孔 ?4mm與關系數(shù)據(jù)記錄表由實驗數(shù)據(jù)得到的截止電壓uO與光頻率的關系如下圖所示：截止電壓與光頻率的關系曲線篇二：光電檢測實驗報告光電檢測試驗報告專 業(yè)：應用

11、物理學姓 名：葉 長 軍學 號： 10801030125指導教師：王 穎實驗時間： 2011.4重慶理工大學光電信息學院實驗一 光敏電阻特性實驗實驗原理 :利用具有光電導效應的半導體材料制成的光敏傳感器叫光敏電阻。光敏電阻采用梳狀結(jié)構是由于在間距很近的電阻之間有可能采用大的靈敏面積 , 提高靈敏度。 內(nèi)光電效應發(fā)生時，光敏電阻電導率的改變量為： ?p?e?p?n?e?n ，e 為 電荷電量， ?p 為空穴濃度的改變量， ?n 為電子濃度的改變量， ?表示遷移率。當兩端加 上電壓 u 后，光電流為： iph?a?u d式中 a 為與電流垂直的表面， d 為電極間的間距。在一定的光照度下，?為恒定

12、的值，因而光電流和電壓成線性關系。光敏電阻的伏安特性如圖 1-2 所示，不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明 電阻值隨光照度發(fā)生變化。光照度不變的情況下，電壓越高，光電流也越大，光敏電阻 的工作電壓和電流都不能超過規(guī)定的最高額定值。圖 1-2 光 敏 電 阻 的 伏 安 特 性 曲 線 圖 1-3 光 敏 電 阻 的 光 照 特 性 曲 線 實驗儀器 :穩(wěn)壓電源、光敏電阻、負載電阻（選配單元） 、電壓表、各種光源、遮光罩、激光器、光 照度計（做光照特性測試，由用戶自備或選配）實驗步驟 :測試光敏電阻的暗電阻、亮電阻、光電阻 觀察光敏電阻的結(jié)構 ,用遮光罩將光敏電阻完全掩蓋 , 用萬用表歐姆

13、檔測得的電阻值為 暗電阻 r 暗, 移開遮光罩，在環(huán)境光照下測得的光敏電阻的阻值為亮電阻 r 亮，暗電阻 與亮電阻之差為光電阻，光電阻越大，則靈敏度越高。 在光電器件模板的試件插座上接入另一光敏電阻，試作性能比較分析。光敏電阻的暗電流、亮電流、光電流按照圖 1-5 接線，分別在暗光及有光源照射下測出輸出電壓暗和u亮，電流I暗=u暗/r,亮電流I亮=u亮/r，亮電流 與暗電流之差稱為光電流，光電流越大則靈敏度越高。光敏電阻的伏安特性測試按照上圖接線，電源可從直流穩(wěn)壓電源 +2+12v 間選用， 每次在一定的光照條件下， 測出當加在光敏電阻上電壓為+2v; +4v; +6v; +8v; +10v;

14、 +12v時電阻r兩端的電壓ur,和電流數(shù)據(jù)，同 光敏電阻的伏安特性曲線。光敏電阻的光照特性測試按照圖1-5接好實驗線路，負載電阻 r選定1k，光源用高亮度鹵鎢燈，（實驗者可仔 細調(diào)節(jié)光源控制旋鈕, 得到不同的光源亮度） ,每確定一種亮度后改變測試電路工作電壓從 0v-12v.從電源電壓ucc=2v開始到ucc=12v，每次在一定的外加電壓下測出光敏電阻在相對ur 光照度從“弱光”到逐步增強的電流數(shù)據(jù),即： iph? ,同時求出此時光敏電阻1.00k?的阻值,即： rg?ucc?ur 。這里要求盡量多的測點（不少于 15 個）不同照度下的電 iph 流數(shù)據(jù),尤其要在弱光位置選擇較多的數(shù)據(jù)點,以

15、使所得到的數(shù)據(jù)點能夠繪出較為完整 的光照特性曲線。實驗數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理使用 matIab 軟件繪圖。 根據(jù)以上數(shù)據(jù),處理后可得到光敏電阻的伏安特性曲線： 根據(jù)以上數(shù)據(jù),處理后可得到光敏電阻的光照特性曲線： 實驗結(jié)論與討論：對數(shù)據(jù)處理后的上圖為光電阻伏安特性曲線和光照特性曲線。本實驗原理較為簡單，操作簡便。由于實驗器件缺少照度計，因此利用萬能表測量 照度電流。處理數(shù)據(jù)時， ur 是電阻 r 的電壓，對于光敏電阻的電壓ug=u-ur ，還有就是計算過程中要注意單位是否一致。 由于光敏電阻特性隨光照變化而變 化，在附加有源光照時，一定要對準光敏電阻，否則變化不明顯。實驗二 光敏電阻的應用 暗光亮燈

16、電路實驗原理 :圖 2-1 所示即為“光敏燈控”實驗單元內(nèi)的實際電路, 在放大電路中 , 當光照度下降時晶體管 t 基極電壓升高， t 導通, 集電極負載 led 流過 的電流增大 ,led 發(fā)光, 這是一個暗通電路 .。實驗所需部件 : 光敏電阻、光敏燈控電路 （ 也可自行用實驗選配單元接 線） 、發(fā)光二極管、電壓表實驗步驟 :按照儀器面板所示，將光敏電阻對應接入“光敏燈 控”單元的“光敏入” ，“發(fā)光管”端口與工作臺上 實驗模板上的發(fā)光管相接。調(diào)節(jié)“暗光控制”電位 器，使在實驗室光照環(huán)境下發(fā)光管不亮。然后改變光照條件， 分別用白紙、 帶色的紙和遮光罩改變光敏電阻的光照， 當光照變 暗到一定

17、程度時發(fā)光管跳亮。這就是日常所用的暗光街燈控制電路的原理。 圖 2-1 光敏燈控電路根據(jù)圖 2-1 暗通電路原理 , 試設計一個亮通控制電路 . 實驗結(jié)論與討論： 通過連接器件后 led 發(fā)光了，表明實驗線路連接正確。 本實驗我們對光敏電阻、三極管的原理和工作過程有一定的了解，同時將平時的理論 學習與實踐相結(jié)合起來，在實驗過程中動手能力也得到了鍛煉。 實驗三 光敏二極管特性實驗 實驗原理 : 光敏二極管與半導體二極管在結(jié)構上是類似的 ,其管芯是一個具有光敏特征的 pn 結(jié)， 具有單向?qū)щ娦?，因此工作時需加上反向電壓。光敏二極管的伏安特性相當于向下平移 了的普通二極管，無光照時 ,有很小的飽和反

18、向漏電流 , 即暗電流，此時光敏二極管截止。 當受到光照時 , 飽和反向漏電流大大增加，形成光電流 , 它 隨入射光強度的變化而變化。光敏二極管結(jié)構見圖 3-1 。 實驗儀器 : 光敏二極管、穩(wěn)壓電源、負載電阻 （ 實驗選配單元中可變篇三：光電實驗報告 集美大學實驗報告紙班級 機電 0812學號 2008716040姓名姜波成績集美大學實驗報告紙班級 機電 0812學號 2008716040姓名姜波成績集美大學實驗報告紙 班級 機電 0812學號 2008716040姓名 姜波成績篇四：東南大學 光電子物理實驗報告 1 東南大學 實驗報告課程名稱：光電子物理基礎實驗名稱：激光增益測量、 he-

19、ne 激光縱橫模及線寬測量院 (系)：電子科學與工程學院專業(yè)：電子科學與技術姓 名：學號：實 驗 室：實驗時間：評定成績：審閱教師：實驗一：激光增益的測量一、實驗目的 掌握用腔內(nèi)損耗法測量激光參數(shù)的原理和方法。 根據(jù)自動測試系統(tǒng)測得的曲線，取適當?shù)臄?shù)據(jù)，編寫程序，利用計算機進行計算。 通過對激光器增儀等參數(shù)的測量，對激光器的工作過程有進一步的了解。二、實驗原理在激光器中，小信號增益系數(shù)gO、飽和光強is、腔內(nèi)損耗？和最佳輸出率topt等是決定 激光器工作特性的重要參數(shù)，它們均可由實驗測得，而這些參數(shù)的測量均與增益系數(shù)的測量 有關。由增益系數(shù)的定義： g?ln1li2(1) i1我們可以方便的利

20、用一個激光器和一個與激光器充同樣工作物質(zhì)的放大管直接測出i1 、i2 。由放大管的長度計算出增益系數(shù)。但對于本實驗所要測量的he-ne 激光管的增益系數(shù)，由于探測過程中，熒光光強的貢獻不能忽略，造成很大的誤差。所以本試驗采用的是腔內(nèi)損 耗法測量 he-ne 激光器的增益。因而可以消除這一誤差因素，其測量裝置的原理圖如圖1 所示圖1 在兩個全反射鏡組成的外腔式 he-ne 激光器內(nèi)，置一透明的平行平板作為反射器，該反 射器與腔軸相交成某一角度， 在滿足振蕩條件的情況下， 反射器兩邊有一定功率的激光輸出。反射器單個表面對 0.6328卩m的光的反射率r是入射角？的函數(shù)，由菲涅爾公式得tg2?sin

21、?1(sin?/n)(2)r(?)?2?1tg?sin(sin?/n)其中n為平行材料對激光波長的折射率。(本實驗中所用平板玻璃對入=0.6328卩m光的折射率為 1.515 )。理論推導證明：在不考慮反射器本身的吸收和散射時，反射器的輸出率(即來回一次在 反射器表面反射的光強于入射光強之比)表示為：1?r(?)2t(?)?1?( 3) 1?r(?)若將反射器繞與激光束相垂直，同時也與放電管布氏窗的發(fā)現(xiàn)相垂直的軸線旋轉(zhuǎn)，入射 角?將連續(xù)地變化，因此，該反射器將起一個反射率可變的平面耦合輸出鏡的作用。定義 ?為激光腔除輸出率以外的光學損耗(往返一次)，成為內(nèi)損耗，I為激活介質(zhì)的長度，g0為小信號

22、增益系數(shù)， pout 為耦合輸出功率， p0s 為飽和功率，由于本實驗管較長，使縱模間隔小 于碰撞增寬的寬度，因而其增益飽和遵循均勻綜型激光器規(guī)律，故：pout?pst(2g0I?1)(4) ?t由此式可知，激光器有一最佳輸出率 topt ，這時相應的有最大輸出功率，由 ?p/?t?0 ，得 topt?(2g0I)1/2?(5)旋轉(zhuǎn)反射器，增加輸出率t, 從而增加諧振腔的總損耗(?+t ) , 使激光剛好熄滅，這時滿足：tg?ps(2g0I?1)?0 ?tgtg 為閾值輸出率，從而得到： 2g0I?tg(6)解 (5) 和(6) 組成的方程組得：2g0I?(tg?topt)2tg?2topt(

23、 7 )所以要測得最佳輸出率 topt ，再測得閾值輸出率 tg, 由式可得到激光器的增益， 再由( 6) 式可計算得腔內(nèi)損耗 ?。由式( 4)得： t2?(2g0l?得兩根 t1,t2 。 則： t1?t2?2gol?pp?)t?0 (8) pspsp(9) ps t1?t2?p? (10) ps由(9),(10) 得：t1?t2?(t1?t2)?(2g0l?)?0(11)由(10),(11)兩個線性方程可以作出直線， (如圖 2)圖2由 t1?t2 對 t1?t2 所作直線的斜率可以確定腔內(nèi)損耗?，再由 p 對 t1?t2 所作直線的斜2 率可以確定飽和功率 ps，則由is?1.26ps/

24、?o 可以求得飽和光強。(式中？o為腰粗)。 另外由式( 9)可以計算出小信號增益系數(shù) go。根據(jù)這一原理， 在實驗時對于每一個輸出功率 p, 可在最佳透過率兩側(cè)找到所對應輸出功 率的兩個輸出率 t1 和 t2 ，從而有作圖計算可得到參量 ?， is 和 g0。圖 3 為平行平板轉(zhuǎn)動過程中，計算機采集記錄的輸出曲線。p 為反射器兩邊反射功率之和， ?為入射角， ?b 為布儒斯特角，其值為 56.2 ， ?opt 為最佳輸出率對應的入射角， ?g 為閾值輸出率對應的入射角。圖3三、實驗步驟開啟激光器電源開關，緩慢旋轉(zhuǎn)可調(diào)變壓器直至點燃激光管，約190210伏左右。激光器工作電流調(diào)節(jié)在13-14

25、ma (不可過大)。預熱30分鐘左右。輕輕掀起激光器觀察窗口蓋至近 90 度位置。觀察激光器是否已經(jīng)輸出激光，如果在分束片上未見到細約 1 mm的紅色激光輸出，請老師調(diào)整(學生不許擅自調(diào)整)。確認有激光輸出方可進入測試環(huán)節(jié)。在計算機顯示器桌面上，找到“ he-ne 激光增益實驗”文件夾” ，找到“ hene.exe ” 點擊，進入“激光增益測量實驗”系統(tǒng)。點擊“初始化”按鈕，步進電機開始帶動平行平板玻璃片轉(zhuǎn)動、掃描；該過程可以 從觀察窗口中觀察到。確認步進電機停止轉(zhuǎn)動后，點擊“增益曲線”按鈕，可以從坐標圖中觀察到有波峰 的曲線圖。同時步進電機帶動平行平板玻璃片轉(zhuǎn)回最佳輸出位置。點擊“數(shù)據(jù)存儲”

26、按鈕，可以把實驗數(shù)據(jù)存儲到自帶的軟盤或u盤。激光功率的單位是毫瓦。該數(shù)據(jù)可以用 origin 、matlab 、excell 等程序處理畫出曲線。存儲完畢后，點擊“退出”按鈕，退出實驗程序。通過觀察窗可以看到，激光器仍 然有紅色激光輸出。將激光器電源的可調(diào)電壓旋轉(zhuǎn)到零位置，然后關閉電源開關。四、實驗結(jié)果使用 matlab 作圖： 實驗得到的 .dat 文件用 matlab 打開clc; clear;data=load(d2.dat); plot(data(:,1),data(:,2);由測量數(shù)據(jù)使用 matlab作出反射器兩邊反射功率之和p與入射角？之間的關系曲線如下：?opt1?b?g由上圖

27、直接讀出相關參數(shù)：?g= 50.6 ?opt=53.5 ?b=55.7 編寫 matlab 代碼求解小信號增益系數(shù)和腔內(nèi)損耗等參數(shù)：函數(shù)：function g=func(fi)fi=fi*pi/180;x1=tan(fi(1)-asin(sin(fi(1)/1.515);x2=tan(fi(1)+asin(sin(fi(1)/1.515);y1=tan(fi(2)-asin(sin(fi(2)/1.515);y2=tan(fi(2)+asin(sin(fi(2)/1.515); rg=x1*x1/(x2*x2); 篇五： 光電效應實驗報告 光電效應實驗報告姓名：付劍飛；學號： 12020012

28、010 ；班級： 12 光科摘 要 1887 年，赫茲在研究電磁輻射時意外發(fā)現(xiàn)，光照射金屬表面時，在一定條件下， 有電子從金屬的表面溢出，這種現(xiàn)象被稱作光電效應，多溢出的電子稱為光電子。由此光電 子的定向運動形成的電流稱為光電流。 1905 年愛因斯坦用光量子理論圓滿解釋了光電效應得 出愛因斯坦光電效應方程并由此獲得諾貝爾獎，可見光電效應的重要性。本次實驗便是這這 樣的理論基礎上開展的測量有關光電管的 u-i 曲線和截止頻率等的工作。關鍵詞 光電子；截止頻率；光電流；普朗克常數(shù)；截止電壓；愛因斯坦方程引言 光電效應和光量子理論在物理學的發(fā)展史上具有劃時代的意義， 量子論是近代 物理的理論基礎之

29、一。而光電效應則可以給量子論以直觀鮮明的物理圖像。本實驗利用“減 速電勢法”測量光電子的動能，從而驗證愛因斯坦方程，并測得普朗克常數(shù)。通過實驗有助 于理解量子理論。【實驗目的】1 、通過實驗了解光的量子性；2 、測量光電管的弱電流特性，找出不同光頻率下的截止電壓；、驗證愛因斯坦方程，并由此求出普朗克常數(shù)。【儀器用具】zky-gd-3 普朗克常數(shù)測試儀。本儀器主要由光源， 濾色片(5片)和光闌(3片，直徑分別是2mm,4mm,8m)光電管， 微電流測量儀四部分組成。【實驗原理】一、光電效應與愛因斯坦方程 用合適頻率的光照射在某些金屬表面上時，會有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象叫做光 電效應，從金屬

30、表面逸出的電子叫光電子。為了解釋光電效應現(xiàn)象，愛因斯坦提出了“光量 子”的概念，認為對于頻率為的光波，每個光子的能量為式中， 為普朗克常數(shù)，它的公認值是 =6.626 。按照愛因斯坦的理論，光電效應的實質(zhì)是當光子和電子相碰撞時，光子把全部能量傳遞給電子，電子所獲得的能量，一部分用來克服金屬表面對它的約束，其余的 能量則成為該光電子逸出金屬表面后的動能。愛因斯坦提出了著名的光電方程：（1）式中，？為入射光的頻率，m為電子的質(zhì)量，v為光電子逸出金屬表面的初12mv2 為被光線照射的金屬材料的逸出功， 為從金屬逸出的光電子的最速度， 大初動能。 由（1）式可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子

31、動能必然也越大，所以即使 陰極不加電壓也會有光電子落入陽極而形成光電流，甚至陽極電位比陰極電位低時也會有光 電子落到陽極， 直至陽極電位低于某一數(shù)值時， 所有光電子都不能到達陽極， 光電流才為零。 這個相對于陰極為負值的陽極電位 u0 被稱為光電效應的截止電壓。顯然，有（2）代入（ 1）式，即有（3）由上式可知，若光電子能量 h?w，則不能產(chǎn)生光電子。產(chǎn)生光電效應的最低頻率是？0?wh ，通常稱為光電效應的截止頻率。不同材料有不同的逸出功，因而?0也不同。由于光的強弱決定于光量子的數(shù)量，所以光電流與入射光的強度成正比。又因為一個電子只能吸收一個光子的能量，所以光電子獲得的能量與光強無關，只與光

32、子?的頻率成正比， ，將（ 3）式改寫為（4）上式表明，截止電壓 u0是入射光頻率？的線性函數(shù)，如圖 2，當入射光的頻率？?0時， 截止電壓uO?O,沒有光電子逸出。圖中的直線的斜率個正的常數(shù)：2k?he 是一（5）由此可見，只要用實驗方法作出不同頻率下的uO?曲線，并求出此曲線的斜率，就可以通過式（5）求出普朗克常數(shù) h。其中量。是電子的電uO-v 直線二、光電效應的伏安特性曲線 下圖是利用光電管進行光電效應實驗的原理圖。頻率為、強度為的光線照射到光電管陰極上，即有光電子從陰極逸出。如在陰極k和陽極a之間加正向電壓uak,它使k、a之間建立起的電場對從光電管陰極逸出的光電子起加速作用，隨著電壓 uak 的增加，到達陽極的光電子將逐漸增多。當正向電壓增加到um時，光電流達到最大，不再增加，此時即稱為飽和狀態(tài)， 對應的光電流即稱為飽和 光電流。3光電效應原理圖 由于光電子從陰極表