光电效应测普朗克常数实验报告Word文档下载推荐.docx

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【试验目】

1、经过试验深刻了解爱因斯坦光电效应理论,了解光电效应基础规律;

2、掌握用光电管进行光电效应研究方法;

3、学习对光电管伏安特征曲线处理方法,并用以测定普朗克常数h。

【仪器用具】

普朗克常量测定仪一套,包含:

工作台、磁性底座、光电管、光源、滤色片或单色仪、微电流放大器等。

【试验原理】

1、光电效应与爱因斯坦方程

用适宜频率光照射在一些金属表面上时,会有电子从金属表面逸出,这种现象叫做光电效应,从金属表面逸出电子叫光电子。

为了解释光电效应现象,爱因斯坦提出了“光量子”概念,认为对于频率为光波,每个光子能量为

式中,为普朗克常数,它公认值是=6.626。

根据爱因斯坦理论,光电效应实质是当光子和电子相碰撞时,光子把全部能量传输给电子,电子所取得能量,一部分用来克服金属表面对它约束,其它能量则成为该光电子逸出金属表面后动能。

爱因斯坦提出了著名光电方程:

（1）

式中,为入射光频率,为电子质量,为光电子逸出金属表面初速度,为被光线照射金属材料逸出功,为从金属逸出光电子最大初动能。

由

（1）式可见,入射到金属表面光频率越高,逸出电子动能肯定也越大,所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流,甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极,直至阳极电位低于某一数值时,全部光电子都不能抵达阳极,光电流才为零。

这个相对于阴极为负值阳极电位被称为光电效应截止电压。

显然,有

（2）

代入

（1）式,即有

（3）

由上式可知,若光电子能量,则不能产生光电子。

产生光电效应最低频率是,通常称为光电效应截止频率。

不一样材料有不一样逸出功,所以也不一样。

因为光强弱决定于光量子数量,所以光电流与入射光强度成正比。

又因为一个电子只能吸收一个光子能量,所以光电子取得能量与光强无关,只与光子频率成正比,,将（3）式改写为

（4）

上式表明,截止电压是入射光频率线性函数,如图2,当入射光频率时,截止电压,没有光电子逸出。

图中直线斜率是一个正常数:

（5）

由此可见,只要用试验方法作出不一样频率下曲线,并求出此曲线斜率,就能够经过式（5）求出普朗克常数。

其中是电子电量。

U0-v直线

2、光电效应伏安特征曲线

下图是利用光电管进行光电效应试验原理图。

频率为、强度为光线照射到光电管阴极上,即有光电子从阴极逸出。

如在阴极K和阳极A之间加正向电压,它使K、A之间建立起电场对从光电管阴极逸出光电子起加速作用,伴随电压增加,抵达阳极光电子将逐步增多。

当正向电压增加到时,光电流达成最大,不再增加,此时即称为饱和状态,对应光电流即称为饱和光电流。

光电效应原理图

因为光电子从阴极表面逸出时含有一定初速度,所以当两极间电位差为零时,仍有光电流I存在,若在两极间施加一反向电压,光电流随之降低;

当反向电压达成截止电压时,光电流为零。

爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极,且阳极很小理想状态下导出。

实际上做阴极金属逸出功比作阳极金属逸出功小,所以试验中存在着以下问题:

（1）暗电流和本底电流存在,可利用此,测出截止电压（赔偿法）。

（2）阳极电流。

制作光电管阴极时,阳极上也会被溅射有阴极材料,所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上,阳极上也有光电子发射,就形成阳极电流。

因为它们存在,使得I～U曲线较理论曲线下移,以下图所表示。

伏安特征曲线

【试验步骤】

1、调整仪器

（1）连接仪器;

接好电源,打开电源开关,充足预热（不少于20分钟）。

（2）在测量电路连接完成后,没有给测量信号时,旋转“调零”旋钮调零。

每换一次量程,必需重新调零。

（3）取下暗盒光窗口遮光罩,换上365.0nm滤光片,取下汞灯出光窗口遮光罩,装好遮光筒,调整好暗盒与汞灯距离。

2、测定光电管暗电流

合适选择电压和电流量程,在无光照条件下,测出不一样电压下对应暗电流值。

3、测量光电管伏安特征曲线

（1）取下暗盒盖,让光电管对准单色仪出射狭缝,按螺旋测微头显示波长（nm）在可见光范围内选择一个波长输出,依据微安表指示,找到峰值,并设置合适倍率按键。

（2）选择合适电压和电流量程,从-1.50V起测出不一样电压下光电流,相继选择波长为365nm,385nm,400,500nm,600nm,650nm单色光反复测量。

（3）选择适宜坐标,分别作出两种光阑下光电管伏安特征曲线U～I。

【试验统计与处理】

365nm

U/V

-2.50

-2.00

-1.60

-1.40

-1.38

-1.36

-1.34

-1.32

-1.30

I/µ

A

-22.0

-20.2

-18.6

-14.4

-13.8

-13.0

-11.9

-10.2

-8.9

-1.28

-1.26

-1.24

-1.20

-0.90

-0.60

-0.30

0.30

-7.9

-6.0

-4.2

-0.3

55.4

122

202

280

342

385nm

-3.00

-2.80

-2.60

-2.40

-2.30

-2.20

-2.10

-1.90

-39.0

-38.4

-38.0

-37.8

-37.2

-36.8

-36.4

-35.9

-35.4

-1.80

-1.70

-1.50

-1.10

-0.80

-0.50

-0.2

-34.6

-34.2

-33.8

-32.2

-30.4

-5.8

80

219

360

400nm

-1.58

-54.2

-54.0

-53.8

-52.2

-52.0

-50.0

-48.2

-46.2

-44.2

-1.16

-1.08

-1.00

-0.8

-0.52

-0.32

0.15

-40.4

-34.0

-22.8

-4.8

84.4

258

418

698

500nm

-2.56

-2.17

-1.73

-1.51

-1.21

-0.93

-0.75

-0.66

-0.58

-78.0

-76.2

-73.0

-70.2

-66.8

-60.8

-53.0

-39.9

-0.13

0.12

0.21

0.69

222

468

650

822

928

1020

600nm

-3.91

-2.51

-1.71

-0.86

-0.69

-0.51

-0.39

-0.34

-0.15

-12.0

-11.6

-8.5

-8.2

-6.6

-4.0

-1.4

34.0

-0.03

0.22

0.57

80.0

140

162

650nm

-2.63

-2.24

-1.93

-1.79

-1.61

-1.41

-1.29

-45.0

-43.9

-40.8

-31.2

-26.2

-18.2

-5.9

-0.62

0.19

0.91

1.75

2.28

43.0

100

439

662

722

742

选择“抬头点”,用直线模拟以下图:

经过拟累计算得到直线:

Y=2. −3.117×

10x

即斜率==3.117×

10

所以,h’=6.391×

经查阅,h=6.626076×

【试验分析讨论】

本试验中应用不一样方法都测出了普朗克常数,但都有一定试验误差,据分析误差产生原因是:

1、暗电流影响,暗电流是光电管没有受到光照射时,也会产生电流,它是因为热电子发射、和光电管管壳漏电等原因造成;

2、本底电流影响,本底电流是因为室内多种漫反射光线射入光电管所致,它们均使光电流不可能降为零且随电压改变而改变。