實(shí)驗(yàn)報(bào)告-光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

精品實(shí)用文檔.精品南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：材料124班實(shí)驗(yàn)時(shí)間：10時(shí)00分第十一周星期四座位號(hào)：28實(shí)驗(yàn)名稱：光電效應(yīng)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

1、通過實(shí)驗(yàn)深刻理解愛因斯坦的光電效應(yīng)理論，了解光電效應(yīng)的根本規(guī)律；2、掌握用光電管進(jìn)展光電效應(yīng)研究的方法；3、學(xué)習(xí)對(duì)光電管伏安特性曲線的處理方法，并用以測(cè)定普朗克常數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)儀器：光電效應(yīng)測(cè)試儀、汞燈及電源、濾色片、光闌、光電管、測(cè)試儀四、實(shí)驗(yàn)原理：1、光電效應(yīng)與愛因斯坦方程用適宜頻率的光照射在某些金屬外表上時(shí)，會(huì)有電子從金屬外表逸出，這種現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)，從金屬外表逸出的電子叫光電子。為了解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛因斯坦提出了“光量子〞的概念，認(rèn)為對(duì)于頻率為的光波，每個(gè)光子的能量為，其中h為普朗克常數(shù)。按照愛因斯坦的理論，光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是當(dāng)光子和電子相碰撞時(shí)，光子把全部能量傳遞給電子，電子所獲得的能量，一局部用來抑制金屬外表對(duì)它的約束，其余的能量那么成為該光電子逸出金屬外表后的動(dòng)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，為電子的質(zhì)量，為光電子逸出金屬外表的初速度，為被光線照射的金屬材料的逸出功，1/2mv2為從金屬逸出的光電子的最大初動(dòng)能。由〔1〕式可見，入射到金屬外表的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能必然也越大，所以即使陰極不加電壓也會(huì)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(shí)也會(huì)有光電子落到陽極，直至陽極電位低于某一數(shù)值時(shí)，所有光電子都不能到達(dá)陽極，光電流才為零。這個(gè)相對(duì)于陰極為負(fù)值的陽極電位被稱為光電效應(yīng)的截止電壓。顯然，有eu0-1/2mv2=0〔2〕代入上式即有〔3〕由上式可知，假設(shè)光電子能量h+W，那么不能產(chǎn)生光電子。產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低頻率是0=W/h，通常稱為光電效應(yīng)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(qiáng)弱決定于光量子的數(shù)量，所以光電流與入射光的強(qiáng)度成正比。又因?yàn)橐粋€(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量，所以光電子獲得的能量與光強(qiáng)無關(guān)，只與光子的頻率精品實(shí)用文檔.精品成正比，，將〔3〕式改寫為上式說明,截止電壓是入射光頻率的線性函數(shù)，如圖2，當(dāng)入射光的頻率=0時(shí)，截止電壓，沒有光電子逸出。圖中的直線的斜率k=h/e是一個(gè)正的常數(shù)：〔5〕由此可見，只要用實(shí)驗(yàn)方法作出不同頻率下的U0-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)。其中是電子的電量。光電效應(yīng)的伏安特性曲線圖3是利用光電管進(jìn)展光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的原理圖。頻率為、強(qiáng)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，它使K、A之間建立起的電場(chǎng)對(duì)從光電管陰極逸出的光電子起加速作用，隨著電壓的增加，到達(dá)陽極的光電子將逐漸增多。當(dāng)正向電壓增加到時(shí)，光電流到達(dá)最大，不再增加，此時(shí)即稱為飽和狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的光電流即稱為飽和光電流。由于光電子從陰極外表逸出時(shí)具有一定的初速度，所以當(dāng)兩極間電位差為零時(shí)，仍有光電流I存在，假設(shè)在兩極間施加一反向電壓，光電流隨之減少；當(dāng)反向電壓到達(dá)截止電壓時(shí)，光電流為零。圖4入射光頻率不同的I－U曲線圖5入射光強(qiáng)度不同的I－U曲線愛因斯坦方程是在同種金屬做陰極和陽極，且陽極很小的理想狀態(tài)下導(dǎo)出的。實(shí)際上做陰極的金屬逸出功比作陽極的金屬逸出功小，所以實(shí)驗(yàn)中存在著如下問題：暗電流和本底電流。當(dāng)光電管陰極沒有受到光線照射時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電子流，稱為暗電流。它是由電子的熱運(yùn)動(dòng)和光電管管殼漏電等原因造成的。室內(nèi)各種漫反射光射入光電管造成的光電流稱為本底電流。暗電流和本底電流隨著K、A之間電壓大小變化而變化。陽極電流。制作光電管陰極時(shí)，陽極上也會(huì)被濺射有陰極材料，所以光入射到陽極上或由陰極反射到陽極上，陽極上也有光電子發(fā)射，就形成陽極電流。由于它們的存在，使得實(shí)際精品實(shí)用文檔.精品I～U曲線較理論曲線下移，如圖6。圖6伏安特性曲線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，其值很小，且根本上隨電位差U呈線性變化，因此可忽略其對(duì)遏止電位差的影響。陽極反向電流雖然在實(shí)驗(yàn)中較顯著，但它服從一定規(guī)律。因此，確定遏止電位差值可采用以下兩種方法：⑴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(duì)光電管陽極通電，減少其上濺射的陰極材料，實(shí)驗(yàn)中防止入射光直接照射到陽極上，這樣可使它的反向電流大大減少，其伏安特性曲線與圖5十分接近，因此曲線與U軸交點(diǎn)的電位差值近似等于遏止電位差U0，此即本實(shí)驗(yàn)采用的交點(diǎn)法〔或。⑵拐點(diǎn)法光電管陽極反向電流雖然較大，但在構(gòu)造設(shè)計(jì)上，假設(shè)使反向光電流能較快地飽和，那么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6中虛線所示的理論曲線下移為實(shí)線所示的實(shí)測(cè)曲線，遏止電位差U0也下移到U’0點(diǎn)。因此測(cè)出U’0點(diǎn)即測(cè)出了理論值U0。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：

1、調(diào)整儀器

(1)連接儀器；接好電源，翻開電源開關(guān)，充分預(yù)熱〔不少于20分鐘〕。

(2)在測(cè)量電路連接完畢后，沒有給測(cè)量信號(hào)時(shí)，旋轉(zhuǎn)“調(diào)零〞旋鈕調(diào)零。每換一次量程，必須重新調(diào)零。

(3)取下暗盒光窗口遮光罩，換上365.0nm濾光片，取下汞燈出光窗口的遮光罩，裝好遮光筒，調(diào)節(jié)好暗盒與汞燈距離。2、測(cè)量普朗克常數(shù)精品實(shí)用文檔.精品〔1〕將電壓選擇按鍵開關(guān)置于–2～＋2V檔，將“電流量程〞選擇開關(guān)置于A檔。將測(cè)試儀電流輸入電纜斷開，調(diào)零后重新接上?！?〕將直徑為4mm的光闌和365.0nm的濾色片裝在光電管電暗箱輸入口上?！?〕依次換上405nm、436nm、546nm、577nm的濾色片，重復(fù)步驟〔1〕、〔2〕、〔3〕。(5)測(cè)量三組數(shù)據(jù),然后對(duì)h求平均值。3、測(cè)量光電管的伏案特性曲線：(1)暗盒光窗口裝365nm濾光片和4mm光闌，緩慢調(diào)節(jié)電壓旋鈕，令電壓輸出值緩慢由0V伏增加到30V，每隔1V記一個(gè)電流值。但注意在電流值為零處記下截止電壓值。(2)在暗盒光窗口上換上577nm濾光片，仍用4mm的光闌，重復(fù)步驟〔1〕。(3)選擇適宜的坐標(biāo)，分別作出兩種光闌下的光電管伏安特性曲線U～I(xiàn)。4、探究飽和電流與光通量、光強(qiáng)的關(guān)系=1\*GB2⑴控制電壓U=30.0V,波長(zhǎng)為365nm,L=400nm時(shí)，記錄光闌孔分別為2、4、8時(shí)的電流。=2\*GB2⑵控制電壓U=30.0V,波長(zhǎng)為365nm,光闌孔為2nm時(shí)，記錄距離L分別為300nm、350nm、400mm時(shí)的電流。六、數(shù)據(jù)記錄與處理：表一U—V關(guān)系波長(zhǎng)λ(nm)365405436546577頻率V(1014HZ)截止電壓U(V)計(jì)算普朗克常量:當(dāng)利用不同頻率ν的單色光分別作光源時(shí),可以測(cè)出不同頻率下的遏止電位精品實(shí)用文檔.精品Ua。作出Ua與ν的曲線,測(cè)曲線的斜率K為K=h/e=U/v便可求出普朗克常數(shù)h。K=U/10-14h=ek0210-1910-1410-34JS表二I--UAK關(guān)系光闌孔Ф：4mm波長(zhǎng)λ：577nmUAK(V)0I(10-10A0026810121314151618UAK(V)I(10-10A192022242527283031323334光闌孔Ф：4nm波長(zhǎng)λ：365nmUAK(V)0123456789I(10-10A069172738506273828895UAK(V)101112131415182124262830I(10-10A102110117124132137153170186195203215表三IM—P關(guān)系精品實(shí)用文檔.精品UAK=30.0V波長(zhǎng)λ：365nmL=400nm光闌孔Ф〔nm〕248I(10-10A67217805表四IM—L關(guān)系UAK=30.0V波長(zhǎng)λ：365nm光闌孔Ф：2nm距離L(mm)300350400I(10-10A473022七、實(shí)驗(yàn)小結(jié)〔