光电效应物理实验报告.docx
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光电效应物理实验报告
光电效应--物理实验报告
光电效应
实验目的：
（1）了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解
（2）测量普朗克常量h。
实验仪器：
ZKY-GD-4光电效应实验仪
1微电流放大器2光电管工作电源
3光电管4滤色片
5汞灯
实验原理：
原理图如右图所示：
入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光电流。
改变外加电压VAK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管得伏安特性曲线。
1）对于某一频率，光电效应I-VAK关系如图所示。
从图中可见，对于一定频率，有一电压V0，当VAK≤V0时，电流为0，这个电压V0叫做截止电压。
2）当VAK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度成正比。
3）对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图：
4）对于截止频率V0与频率的关系图如下所示。
V0与成正比关系。
当入射光的频率低于某极限值时，不论发光强度如何大、照射时间如何长，都没有光电流产生。
5）光电流效应是瞬时效应。
即使光电流的发光强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过的时间之多为10-9s的数量级。
实验内容及测量：
1将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。
从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的VAK值，以其绝对值作为该波长对应的值，测量数据如下：
波长/nm
365
404.7
435.8
546.1
577
频率/
8.214
7.408
6.897
5.49
5.196
截止电压/V
1.679
1.335
1.107
0.557
0.434
频率和截止电压的变化关系如图所示：
由图可知：
直线的方程是:
y=0.4098x-1.6988所以:
h/e=0.4098×,
当y=0，即时，，即该金属的截止频率为。
也就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。
根据线性回归理论：
可得：
k=0.40975，与EXCEL给出的直线斜率相同。
我们知道普朗克常量,所以，相对误差：
2测量光电管的伏安特性曲线
1）用435.8nm的滤色片和4mm的光阑
实验数据如下表所示：
435.8nm4mm光阑I-VAK的关系
VAK
I
VAK
I
VAK
I
VAK
I
VAK
I
VAK
I
0.040
1.9
0.858
4.2
2.300
9.3
6.600
19.5
12.000
27.3
22.000
35.8
0.089
2.1
0.935
4.4
2.500
10
6.800
19.9
12.500
27.7
22.700
36.2
0.151
2.3
1.096
4.9
2.700
10.6
7.200
20.5
13.000
28.3
24.100
37
0.211
2.4
1.208
5.3
2.900
11.1
7.800
21.5
14.200
29.4
25.700
37.9
0.340
2.7
1.325
5.6
3.200
12
8.700
23
15.000
30.1
26.800
38.3
0.395
2.9
1.468
6.1
3.800
13.9
9.100
23.6
16.100
31.1
27.500
38.7
0.470
3.1
1.637
6.7
4.200
14.8
9.800
24.6
16.600
31.6
29.500
39.5
0.561
3.3
1.779
7.2
4.900
16.4
10.200
25.1
17.500
32.3
30.900
40.1
0.656
3.6
1.930
7.8
5.400
17.4
10.700
25.8
18.600
33
0.725
3.8
2.000
8.3
6.100
18.7
11.100
26.3
19.600
33.7
2）用546.1nm的滤光片和4mm的光阑
数据如下表所示：
546.1nm4mm光阑I-VAK的关系
VAK
I
VAK
I
VAK
I
VAK
I
0.3
1.3
5.9
9.1
13.2
13.0
23.8
15.9
1.0
2.6
6.8
9.8
14.1
13.3
25.3
16.1
1.4
3.4
7.6
10.4
15.1
13.7
26.4
16.5
1.8
4.1
8.2
10.8
16.1
14.0
27.2
16.6
2.2
4.9
8.8
11.1
17.1
14.2
28.0
16.7
2.8
5.7
9.8
11.6
17.8
14.4
28.9
16.7
3.2
6.3
10.0
11.9
18.9
14.7
29.7
16.8
3.9
7.1
11.4
12.3
19.7
14.9
30.7
16.9
4.3
7.6
12.1
12.6
20.1
15.0
31.2
17.0
4.9
8.2
12.7
12.9
20.9
15.2
作两种情况下，光电管得伏安特性曲线：
由上图可知：
1）光电流随管压降的增大而逐渐增大。
在增大的过程中，增长速度由快变慢最终达到饱和。
这一点在546.1nm的伏安特性中可以清楚地看出。
2）当管压降相同时，比较两个不同波长的光电流可以发现：
波长长的，即频率小的（546.1nm）光电流小；波长短的，即频率大的（435.8nm）光电流大。
这也间接证明了爱因斯坦的光电流方程：
。
对于同一种金属，溢出功A相等，频率高的就能得到更大的动能来克服金属的束缚，从而形成更大的光电流。
3.保持管压降不变，调整光阑的直径，分别为：
2mm,4mm,8mm。
测量对应的电流如下：
光阑孔直径mm
2
4
8
435.8nmI/
8.8
36.8
108.9
546.1nmI/
3.9
15.9
46.5
作出两种不同波长的光电流随光强的变化图，如下：
我们可以看出：
1）同一种波长下，光电流随光阑直径的增大而增大。
由于数据点有限，不能表明光阑面积（即光强的大小）同光电流的具体关系，是否是线性的，也就无从得知。
所画出的图形如下：
2）不同波长下，若光阑直径相等，即光强相同，光的频率越大，光电流越大；并且，频率大的光变化也快。
在光强较弱时，不同的光产生的光电流大小相差无几，但当光强变大后，两者差距逐渐变大。
4在的情况下，保证光阑直径为8mm，测量两种光强下，光电流与入射距离的变化关系如下表和下图所示：
入射距离L
40
38
36
34
33
I/
117.1
133.3
146.8
174.3
184
入射距离L
40
39
38
37
36
35
34
33
I/
42.3
44
45.5
49.7
57.2
59.4
66.6
74.1
入射距离增大，光强势必会减小，由图可知，光电流变小，这样的结论和以上改变光阑直径所得结论相一致。
对于不同的光波，频率大的光在相同的光强条件下，获得的光电流较大。
实验总结：
1）实验中改变入射距离处误差最大，所以只能做定性分析，不能用于定量计算。
2）通过实验得到了普朗克常数，也验证了爱因斯坦的光电效应方程。
3）EXCEL表格中所得到的线性方程也是利用了线性回归理论，可见线性回归理论在处理数据中有很重要的应用。
4）实验中由汞灯产生的不同波长的光的强度本身也应该有所差别，546.1nm和435.8nm的光的强度应该是不相同的。
所以对于实验中的光强也无法做到定量研究。
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