产生光电效应的最低频率（截止频率）是ν0=A/h。
将
（2）式代入
（1）式可得：
（41-3）
此式表明截止电压U0是频率ν的线性函数，直线斜率k=h/e，只要用实验方法得出不同的频率对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数h。
爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。
仪器介绍
1234567
图5仪器结构示意图
1汞灯电源2汞灯3滤色片4光阑5光电管6基座7实验仪
ZKY-GD-4智能光电效应（普朗克常数）实验仪。
仪器由汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、智能实验仪构成，仪器结构如图5所示，实验仪的调节面板如图6所示。
实验仪有手动和自动两种工作模式，具有数据自动采集，存储，实时显示采集数据，动态显示采集曲线（连接普通示波器，可同时显示5个存储区中存储的曲线），及采集完成后查询数据的功能。
图41-6实验仪面板图
实验内容及步骤
1、测试前准备
a）将实验仪和汞灯电源接通，汞灯及光电管暗盒遮光盖盖上，预热20分钟。
b）将汞灯暗盒光输出口对准光电管暗盒光输入口，调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变。
c）用专用连接线将光电管暗盒电压输入端与测试仪电压输出端（后面板上）连接起来（红—红，蓝—蓝）。
d）用高频匹配电缆将光电管暗盒电流输出端和实验仪的微电流输入端连接起来。
e）调零：
将“电流量程”选择开关置于所选档位，仪器在充分预热后，进行测试前调零。
实验仪在开机或改变电流量程后，都会自动进入调零状态。
旋转“调零”旋钮使电流指示为“0”（电流指示为“+”、“-”零转换点处）点处。
调节好后，按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态。
2、测普朗克常数h
（1）测量原理
理论上，测出各频率的光照射下阴极电流为零时对应的UAK，其绝对值即该频率的截止电压，然而实际上由于光电管的阳极反向电流、暗电流、本底电流及极间接触电位差的影响，实测电流并非阴极电流，实测电流为零时对应的UAK也并非截止电压。
光电管制作过程中阳极往往被污染，沾上少许阴极材料，入射光照射阳极或入射光从阴极反射到阳极之后都会造成阳极光电子发射，UAK为负值时，阳极发射的电子向阴极迁移构成了阳极反向电流。
暗电流和本底电流是热激发产生的光电流与杂散光照射光电管产生的光电流，可以在光电管制作，或测量过程中采取适当措施以减小或消除他们的影响。
极间接触电位差与入射光频率无关，只影响U0的准确性，不影响U0—ν直线斜率，对测定h无影响。
由于本实验仪器的电流放大器灵敏度高，稳定性好；光电管阳极反向电流，暗电流水平也较低。
在测量各谱线的截止电压U0时，可采用零电流法，即直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压UAK的绝对值作为截止电压U0。
此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，用零电流法测得的截止电压与真实值相差较小。
且各谱线的截止电压都相差ΔU对U0-ν曲线的斜率无大的影响，因此对h的测量不会产生大的影响。
（2）测量
测量截止电压时，“伏安特性测试/截止电压测试”状态键应为截止电压测试状态。
“电流量程”开关应处于10－13A档。
a）手动测量
使“手动/自动”模式键处于手动模式。
将直径4mm的光阑及365.0nm的滤色片装在光电管暗盒光输入口上，打开汞灯遮光盖。
此时电压表显示UAK的值，单位为伏；电流表显示与UAK对应的电流值I，单位为所选择的“电流量程”。
用电压调节键→、←、↑、↓可调节UAK的值，→、←键用于选择调节位，↑、↓键用于调节值的大小。
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（电流指示为“+”、“-”零转换点处）对应的UAK，以其绝对值作为该波长对应的U0的值，并将数据记于表1中。
为尽快找到U0的值，调节时应从高位到低位，先确定高位的值，再顺次往低位调节。
依次换上404.7nm，435.8nm，546.1nm，577.0nm的滤色片，重复以上测量步骤。
b）自动测量
按“手动/自动”模式键切换到自动模式。
此时电流表左边的指示灯闪烁，表示系统处于自动测量扫描范围设置状态，用电压调节键可设置扫描起始和终止电压。
对各条谱线，我们建议扫描范围大致设置为：
365nm、-1.90～-1.50V；405nm、-1.60～-1.20V；436nm、-1.35～-0.95V；546nm、-0.80～-0.40V；577nm、-0.65～-0.25V。
实验仪设有5个数据存储区，每个存储区可存储500组数据，并有指示灯表示其状态。
灯亮表示该存储区已存有数据，灯不亮为空存储区，灯闪烁表示系统预选的或正在存储数据的存储区。
设置好扫描起始和终止电压后，按动相应的存储区按键，仪器将先清除存储区原有数据，等待约30秒，然后按4mV的步长自动扫描，并显示、存储相应的电压、电流值。
扫描完成后，仪器自动进入数据查询状态，此时查询指示灯亮，显示区显示扫描起始电压和相应的电流值。
用电压调节键改变电压值，就可查阅到在测试过程中，扫描电压为当前显示值时相应的电流值。
读取电流为零时（电流指示为“+”、“-”零转换点处）对应的UAK，以其绝对值作为该波长对应的U0的值，并将数据记于表1中。
按“查询”键，查询指示灯灭，系统回复到扫描范围设置状态，可进行下一次测量。
在自动测量过程中或测量完成后，按“手动/自动”键，系统回复到手动测量模式，模式转换前工作的存储区内的数据将被清除。
表41-1U0—ν关系光阑孔Φ=mm
波长λi（nm）
365.0
404.7
435.8
546.1
577.0
频率νi（×1014Hz）
8.214
7.408
6.879
5.490
5.196
截止电压U0i（V）
手动
自动
【数据处理】
由表1的实验数据，得出U0—ν直线的斜率k，即可用h=ek求出普朗克常数，并与h的公认值h0比较求出相对误差
，式中
，
。
3、测光电管的伏安特性曲线
将“伏安特性测试/截止电压测试”状态键调整为伏安特性测试状态，“电流量程”开关应拨至10－10A档，并重新调零。
将直径4mm的光阑及所选谱线的滤色片装在光电管暗盒光输入口上。
测伏安特性曲线可选用“手动/自动”两种模式之一，测量的最大范围为-1～50V，自动测量时步长为1V，仪器功能及使用方法如前所述。
分别选择365.0nm、435.8nm、577nm三种滤光片进行测量，记录所测UAK及I的数据到表2中，在坐标纸上作对应于以上波长及光强的伏安特性曲线。
表41-2I—UAK关系L=mm；Φ=mm
365.0nm
U（V）
I（
A）
435.8nm
U（V）
I（
A）
577nm
U（V）
I（
A）
【数据处理】
在坐标纸上作出不同波长的I—U曲线。
4．使用计算机辅助实验系统完成该实验的方法见附录。
思考题
1．光电效应的实验规律有哪几方面？
2．根据爱因斯坦的光子假设，如何解释光电效应的实验结果？
3．试定性解释I—U曲线的饱和部分，光电流逐渐减小部分及截止电压形成的原因。
注意事项
在仪器的使用过程中，汞灯不宜直接照射光电管，也不宜长时间连续照射加有光阑和滤光片的光电管，如此将减少光电管的使用寿命。
实验完成后，请将光电管用光电管暗盒盖将遮住光电管暗盒入射光口存放。
附录
光电效应实验计算机辅助实验系统使用说明
第一章操作方法
1.1实验操作流程
实验操作的流程图如下：
1.2具体操作说明
1．2.1系统启动
用键盘或鼠标激活“开始→程序→中科教仪→计算机辅助实验系统”（具体操作方法请查阅有关WINDOWS95、WINDOWS98或WINNT的相关章节）,系统会弹出一个系统登录窗口。
在“用户”框中输入您的登录名称，在“密码”框中输入密码，然后按下“登录”按钮（或直接回车），系统会校验您的口令是否合法，以决定您是否有使用本系统的权限。
如口令合法，您就登录成功，进入系统（主窗口如下图所示）。
按下“取消”按钮，系统会放弃登陆，退出系统登录窗口。
1.2.2各功能操作说明
系统总共有五个大的功能模块，分别为：
●系统管理：
主要包括操作用户管理、实验装置管理、实验资料管理、学生信息管理、数据备份/恢复等功能，只有具备系统管理员权限的操作用户才具有操作这些功能的权限。
●资料查阅：
主要包括实验原理、实验内容、实验装置、背景资料等与实验有关的信息查阅功能，以便于随时进行查阅。
●数据通讯：
主要包括实验的操作和查询做过的实验数据。
●窗口管理：
主要包括子窗口的排列方式和在个字窗口之间进行切换的功能。
●帮助信息：
系统帮助和版本信息。
（1）系统管理
A操作用户管理：
主要对使用该系统的用户进行管理，用户分为系统管理员和普通用户两种。
系统管理员拥有所有功能的权限，普通用户拥有除了“系统管理”之外的其他功能；
◆增加：
增加用户。
单击“增加”按纽输入用户名和密码，选择用户身份（系统管理员拥有所有的功能使用权，普通用户不可以设置与系统参数有关的信息），然后单击“保存”按纽即可。
单击“取消”可取消该操作；
◆修改：
修改用户的信息（如上图所示）。
单击“修改”按纽，首先正确输入该用户的密码，然后输入需要修改的用户信息，然后单击“保存”按纽即可。
单击“取消”可取消该操作；
◆删除：
删除用户。
用鼠标点取将要删除的用户，单击“删除”按纽即可删除该用户。
B实验装置管理：
主要对该计算机所带的实验装置进行管理，包括增加、修改、删除实验装置以及进行各个实验装置参数的设置与维护；
◆增加：
增加实验装置。
单击“增加”按纽输入仪器名称，选择通讯端口、命令方式、实验类型，然后单击“保存”按纽即可。
单击“取消”可取消该操作；
注：
通讯端口：
指的是实验装置与计算机所连接的串口；
命令方式：
指的是进行实验时，发送命令的方式。
有两种方式可选择：
“无确认”和“密码确认”。
若选择“无确认”时，发送命令无须任何确认；若选择“密码确认”时，发送命令须密码确认，确认正确后命令才能发送出去；
实验类型：
指的是该实验装置进行的是哪种实验。
本系统已默认为光电效应实验，不可更改。
◆修改：
修改实验装置的参数（如上图所示）。
单击“修改”按纽，输入需要修改的参数，然后单击“保存”按纽即可。
单击“取消”可取消该操作；
◆删除：
删除实验装置。
用鼠标点取将要删除的实验装置，单击“删除”按纽即可删除该实验装置。
C实验资料管理：
维护与实验有关的实验资料；
◆删除实验资料：
首先选择资料类型（用鼠标选择窗口右边的选项按纽），然后单击“删除”按纽即可删除该项资料的内容；
◆添加实验资料：
首先选择资料类型，如果该项已经有资料，那么必须先删除当前的资料，然后单击“打开”按纽打开要添加的超级文本，再单击“保存”，系统会提示‘该文件是否包含有图片’，如果选择“是”则系统要求打开图片文件，选择完成后按回车键即可保存该项资料。
D数据导出/导入：
导出/导入学生实验数据；
首先选择查询类型，然后输入查询条件，单击“查询”查询到符合条件的做过实验的学生信息。
◆导出：
首先用鼠标在窗口左边选择一个想要导出的学生数据，然后单击“导出”按纽即可把该学生的实验数据导出到软盘、硬盘、光盘或网络中的其它计算机存储界质上；
◆导入：
单击“导入”按纽，找到从本系统导出的文件，按回车键即可把导出的实验数据导入到本系统中。
E清除实验数据：
清除学生的实验数据；
首先选择查询类型，然后输入查询条件，单击“查询”查询到符合条件的做过实验的学生信息。
◆删除：
首先用鼠标在窗口左边选择一个想要删除的学生数据，然后单击“删除”按纽即可把该学生的实验数据删除；
◆删除所有数据：
单击“删除所有数据”按纽，可删除系统保存的所有实验数据。
F数据备份/恢复：
对系统数据库的进行备份和恢复，保证数据的安全；
数据备份/恢复是保证数据安全的重要环节，为了保证你的数据安全，请定期备份数据，以便在系统遭到破坏的情况下能够迅速恢复系统数据，减少不必要的损失。
◆备份：
单击“备份”按纽，选择保存文件的路径和文件名，然后单击“保存”按纽即可把系统的数据进行备份；
◆恢复：
单击“恢复”按纽，找到从备份文件，然后单击“打开”按纽即可把备份的数据恢复到系统中。
G线型设置：
设置联机显示实验的线型；
用鼠标选择窗口左边的选项按纽，然后单击“设置”按纽即可设置联机显示实验绘图的线型。
单击“取消”可取消该操作；
H关闭所有窗口：
关闭所有打开的子窗口；
（2）资料查阅
A实验原理：
查阅实验原理；
单击菜单上的“资料查阅-实验原理”（或单击“原理”快捷键）即可查阅实验原理的信息。
B实验内容：
查阅实验内容；
单击菜单上的“资料查阅-实验内容”（或单击“内容”快捷键）即可查阅实验内容的信息。
C实验装置：
查阅实验装置；
单击菜单上的“资料查阅-实验装置”（或单击“装置”快捷键）即可查阅实验装置的信息。
D背景资料：
查阅与实验有关的背景资料；
单击菜单上的“资料查阅-背景资料”（或单击“资料”快捷键）即可查阅背景资料的信息。
（3）数据通讯
A开始新实验：
打开数据采集窗口，进行连机测试、设置实验参数、数据采集等实验操作功能；
第一步：
输入学生基本信息（如上图所示），选择实验和仪器号，输入密码，然后单击“开始”进入参数设置窗口（如下图所示）
第二步：
输入实验参数，选择工作方式和曲线编号，然后单击“设置”进入数据采集状态（如下图所示），系统提示“是否要立刻启动测试”，选择“是”则马上进行采集数据；否则必须手工启动测试（设置其他组参数时单击“数据通讯-启动测试”或“启动”快捷键）；
第三步：
采集数据直到采集实验数据完毕。
第四步：
重复第二、三步至整个实验结束。
B数据计算：
用于计算普朗克常数；
单击菜单上的“数据通讯-数据计算”，弹出数据计算窗口，依次输入截止电压值，然后单击“计算”即可计算出普朗克常数和相对误差。
C打印结果：
打印实验结果；
单击菜单上的“数据通讯-打印结果”，系统弹出打印预览窗口，单击“打印”按钮就可打印实验报告。
D保存数据：
保存实验参数、实验数据及实验结果；
单击菜单上的“数据通讯-保存实验数据”，系统弹出确认窗口，选择“是”即可保存实验结果。
E数据查询：
查询做过的实验数据；
单击菜单上的“数据通讯-实验数据查询”
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