光电效应测两普朗克常量实验报告附实验数据与分析.docx
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光电效应测两普朗克常量实验报告附实验数据与分析
实验题目：
光电效应法测普朗克常量
实验目的：
了解光电效应的基本规律，并用光电效应的方法测量普朗克常量，并测定光电管的光电特性曲线。
实验仪器：
光电管、滤波片、水银灯、相关电学仪器
实验原理：
在光电效应中，光显示出粒子性质，它的一部分能量被物体表面电子吸收后，电子逸出形成光电子，若使该过程发生于一闭合回路中，则产生光电流。
实验原理图：
图一：
原理图
光电流随加速电压差U的增加而增加，其大小与光强成正比，并且有一个遏止电位差Ua存在（此时光电流I=0）。
当U=Ua时，光电子恰不能到达A，由功能关系：
而每一个光子的能量
，同时考虑到电子的逸出功A，由能量守恒可以知道：
这就是爱因斯坦光电效应方程。
若用频率不同的光分别照射到K上，将不同的频率代入光电效应方程，任取其中两个就可以解出：
其中光的频率
应大于红限
，否则无电子逸出。
根据这个公式，结合图象法或者平均值法就可以在一定精度范围内测得h值。
实验中单色光用水银等光源经过单色滤光片选择谱线产生；使用交点法或者拐点法可以确定较准确的遏止电位差值。
实验内容：
1、在光电管入光口装上365nm的滤色片，电压为-3V，调整光源和光电管之间的距离，直到电流为-0.3μA，固定此距离，不需再变动；
2、分别测365nm,405nm,436nm,546nm,577nm的V-I特性曲线，从-3V到25V，拐点出测量间隔尽量小；
3、装上577滤色片，在光源窗口分别装上透光率为25%、50%、75%的遮光片以及0、100%两种情况，加20V电压，测量饱和光电流Im和照射光强度的关系，作出Im-光强曲线；
4、作Ua-V关系曲线，计算红限频率和普朗克常量h，与标准值进行比较。
数据处理和误差分析：
本实验中测量的原始数据如下：
表一：
365nm光下电压和光电流
电压U/V
-3.0
-2.0
-1.58
-1.41
-1.28
-1.21
-1.15
-1.11
-1.01
-0.98
-0.80
电流I/uA
-0.3
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.5
0.7
1.1
电压U/V
-0.61
-0.51
-0.45
-0.39
-0.31
-0.23
-0.19
-0.11
0
0.2
0.4
电流I/uA
1.9
2.3
2.7
3.1
.3.5
3.9
4.3
4.7
5.6
6.4
6.8
电压U/V
0.6
0.8
0.91
1.00
1.09
1.20
1.23
2.52
3.00
4.10
7.2
电流I/uA
10.0
10.6
10.8
11.0
11.2
11.3
11.4
14.5
15.0
17.1
19.2
电压U/V
9.8
11.0
12.0
13.0
15.0
18.1
20.0
22.0
24.0
25.0
电流I/uA
19.7
19.9
20.1
20.0
20.0
20.5
21.0
21.2
21.4
21.6
表二：
405nm光下电压和光电流
电压U/V
-3.00
-1.5
-1.28
-0.95
-0.88
-0.78
-0.70
-0.53
-0.41
-0.29
-0.19
电流/uA
-0.20
-0.2
-0.1
0
0.1
0.3
0.5
1.1
1.8
2.5
3.2
电压U/V
0
0.20
0.51
0.81
1.17
1.50
1.90
2.49
3.00
5.0
8.0
电流I/uA
4.5
6.0
7.4
8.7
9.8
10.7
11.6
12.5
13.4
15.1
16.0
电压U/V
12.0
15.0
18.0
21.0
23.0
25.0
电流I/uA
16.6
16.7
17.0
17.1
17.3
17.5
表三：
436nm光下电压和光电流
电压U/V
-3.00
-2.00
-1.50
-1.01
-0.81
-0.70
-0.63
-0.59
-0.51
-0.42
-0.29
电流I/uA
-0.1
-0.1
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.5
0.7
1.1
1.9
电压U/V
-0.13
0
0.20
0.58
0.82
1.20
1.72
2.50
4.0
4.5
5.0
电流I/uA
2.7
3.7
5.0
6.9
7.7
8.8
10.0
11.4
13.4
13.6
13.8
电压U/V
5.5
6.5
7.0
8.0
8.5
9.0
13.0
17.0
20.0
23.0
25.0
电流I/uA
14.2
14.7
14.9
15.1
15.2
15.3
16.0
16.0
16.1
16.1
16.2
表四：
546nm光下电压和光电流
电压U/V
-3.00
-0.53
-0.46
-0.41
-0.39
-0.35
-0.30
-0.28
-0.19
-0.10
0
电流I/uA
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.5
0.7
1.1
1.8
2.3
3.0
电压U/V
0.15
0.40
0.7
1.00
1.30
1.69
2.10
2.50
3.00
5.0
8.0
电流I/uA
4.2
5.5
6.8
7.9
8.8
9.7
10.6
11.2
12.1
14.7
16.0
电压U/V
10.0
13.0
16.0
20.0
23.0
25.0
电流I/uA
16.7
17.1
17.2
17.2
17.2
17.7
表五：
577nm光下电压和光电流
电压U/V
-3.00
-0.50
-0.40
-0.33
-0.29
-0.21
-0.11
0
0.30
0.80
1.21
电流I/uA
0.0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.5
0.8
1.2
2.1
2.8
3.2
电压U/V
1.80
2.50
3.00
5.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
17.0
19.0
电流I/uA
3.4
3.6
3.7
4.0
4.1
4.1
4.2
4.2
4.1
4.1
4.1
电压U/V
21.0
23.0
25.0
电流I/uA
4.2
4.2
4.2
表六：
在不同透光率下的饱和光电流（577nm光下）
100%
75%
50%
25%
0%
4.3
3.4
2.1
1.2
0
电流单位：
μA
根据以上表一至表五的数据，可分别作出各种不同波长（频率）光下，光电管的V-I特性曲线：
图二：
365nm光下光电管的伏安特性曲线
图三：
405nm光下光电管的伏安特性曲线
图四：
436nm光下光电管的伏安特性曲线
图五：
546nm光下光电管的伏安特性曲线
图六：
577nm光下光电管的伏安特性曲线
根据以上五个图，利用拐点法可确定在不同光频率下的遏止电压差值，列表如下
λ/nm
ν/Hz
Ua/V
365
8.22×1014
1.43
405
7.41×1014
1.30
436
6.88×1014
1.01
546
5.49×1014
0.83
577
5.20×1014
0.51
表七：
光频率和遏止电压的关系
由此作出频率-遏止电压图，用直线拟合：
Ua-γ关系图
普朗克常量
h=ek=1.602×10-19×2.772×10×10-15
=4.440×10-34
截止频率γ=4.464×1014Hz
误差分析：
本实验最后处理数据得到的误差非常大，大约1/3。
由于本实验的仪器不精确及人的读数误差，及实验本身原理导致的误差及当时实验环境影响。
因此实验存在较大误差。
也不能完全说是实验失败了。
对于表六中关于光电流和光强度的关系，可以作出下图：
图八：
光饱和电流和光强度的关系
从上图可以看出，在误差范围内，光饱和电流和光强度成正比例关系，不做定量计算。
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