光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)題目：光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常量實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律； 2.用光電效應(yīng)方法測(cè)量普朗克常量和測(cè)定光電管的光電特性曲線。實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)光照在物體上時(shí)，光的能量?jī)H部分地以熱的形式被物體吸收，而另一部分則轉(zhuǎn)換為物體中某些電子的能量，使電子逸出物體表面，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，逸出的電子稱為光電子。在光電效應(yīng)中，光顯示出它的粒子性質(zhì)，所以這種現(xiàn)象對(duì)認(rèn)識(shí)光的本性，具有極其重要的意義。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理如圖8.2.1-1所示。1 光電流與入射光強(qiáng)度的關(guān)系光電流隨加速電位差U的增加而增加，加速電位差增加到一定量值后，光電流達(dá)到飽和值和值IH，飽和電流與光強(qiáng)成正比，而與入射光的頻率無關(guān)。當(dāng)U= UA-

2、UK變成負(fù)值時(shí)，光電流迅速減小。實(shí)驗(yàn)指出，有一個(gè)遏止電位差Ua存在，當(dāng)電位差達(dá)到這個(gè)值時(shí)，光電流為零。2 光電子的初動(dòng)能與入射頻率之間的關(guān)系光電子從陰極逸出時(shí)，具有初動(dòng)能，在減速電壓下，光電子逆著電場(chǎng)力方向由K極向A極運(yùn)動(dòng)。當(dāng)U=Ua時(shí)，光電子不再能達(dá)到A極，光電流為零。所以電子的初動(dòng)能等于它克服電場(chǎng)力作用的功。即 （1）根據(jù)愛因斯坦關(guān)于光的本性的假設(shè)，光是一粒一粒運(yùn)動(dòng)著的粒子流，這些光粒子稱為光子。每一光子的能量為，其中h為普朗克常量，為光波的頻率。所以不同頻率的光波對(duì)應(yīng)光子的能量不同。光電子吸收了光子的能量h之后，一部分消耗于克服電子的逸出功A，另一部分轉(zhuǎn)換為電子動(dòng)能。由能量守恒定律可知

3、（2）式（2）稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程。由此可見，光電子的初動(dòng)能與入射光頻率呈線性關(guān)系，而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。3 光電效應(yīng)有光電存在實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)光的頻率時(shí)，不論用多強(qiáng)的光照射到物質(zhì)都不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，根據(jù)式（2），0稱為紅限。愛因斯坦光電效應(yīng)方程同時(shí)提供了測(cè)普朗克常量的一種方法：由式（1）和（2）可得：，當(dāng)用不同頻率（1，2，3，n）的單色光分別做光源時(shí)，就有 任意聯(lián)立其中兩個(gè)方程就可得到 （3）由此若測(cè)定了兩個(gè)不同頻率的單色光所對(duì)應(yīng)的遏止電位差即可算出普朗克常量h，也可由-U直線的斜率求出h。因此，用光電效應(yīng)方法測(cè)量普朗克常量的關(guān)鍵在于獲得單色光、測(cè)得光電管的伏安特性曲線和確定遏止電位差值。

4、實(shí)驗(yàn)中，單色光可由水銀燈光源經(jīng)過單色儀選擇譜線產(chǎn)生。表8.2.1-1 可見光區(qū)汞燈強(qiáng)譜線波長(zhǎng)/nm頻率/1014Hz顏色579.05.179黃577.05.198黃546.15.492綠435.86.882藍(lán)404.77.410紫365.08.216近紫外為了獲得準(zhǔn)確的遏止電位差值，本實(shí)驗(yàn)用的光電管應(yīng)該具備下列條件：（1） 對(duì)所有可見光譜都比較靈敏。（2） 陽(yáng)極包圍陰極，這樣當(dāng)陽(yáng)極為負(fù)電位時(shí)，大部分光電子仍能射到陽(yáng)極。（3） 陽(yáng)極沒有光電效應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生反向電流。（4） 暗電流很小。但是實(shí)際使用的真空型光電管并不完全滿足以上條件。由于存在陽(yáng)極光電效應(yīng)所引起的反向電流和暗電流（即無光照射時(shí)的電流）

5、，所以測(cè)得的電流值，實(shí)際上包括上述兩種電流和由陰極光電效應(yīng)所產(chǎn)生的正向電流三個(gè)部分，所以伏安曲線并不與U軸相切。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，且基本上隨電位差U呈線性變化，因此可忽略其對(duì)遏止電位差的影響。陽(yáng)極反向光電流雖然在實(shí)驗(yàn)中較顯著，但它服從一定規(guī)律。據(jù)此，確定遏止電位差值，可采用以下兩種方法：（1） 交點(diǎn)法光電管陽(yáng)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(yáng)極通電，減少其上濺射的陰極材料，實(shí)驗(yàn)中避免入射光直接照射到陽(yáng)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8.2.1-2十分接近，因此曲

6、線與U軸交點(diǎn)的電位差值近似等于遏止電位差Ua，此即交點(diǎn)法。（2） 拐點(diǎn)法光電管陽(yáng)極反向光電流雖然較大，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，若使反向光電流能較快地飽和，則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8.2.1-3所示，此拐點(diǎn)的電位差即為遏止電位差。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律，并用光電效應(yīng)法測(cè)量普朗克常量。1. 在光電管入光口裝上365nm濾光片，電壓為-3V，調(diào)整光源和光電管之間的距離，直到光電流為-0.3，固定此距離，不需再變動(dòng)。2. 分別測(cè)365nm，405nm,546nm,577nm的V-I特性曲線，從-3V到25V，拐點(diǎn)處測(cè)量盡量小。3. 裝上577nm濾色片,在光源

7、窗口分別裝上透光率為25%,50%,75%的遮光片,加20V電壓,測(cè)量飽和光電流Im和照射光強(qiáng)度的關(guān)系,作出Im光強(qiáng)曲線。4.做UaV關(guān)系曲線，計(jì)算紅限頻率和普朗克常數(shù)h,與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理：U/V-3.00 -2.00 -1.40 -1.30 -1.25 -1.21 -1.19 -1.15 -1.10 -1.05 -1.00 I/-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 U/V-0.95 -0.90 -0.80 -0.50 -0.20 0.20 1.00 2.00 3.00 5.0 8.0 I/0.5 0.6 0.8 1.

8、6 2.9 5.0 7.6 9.2 10.1 11.3 11.9 U/V10.0 12.5 15.0 17.0 20.0 22.0 25.0 I/12.0 12.3 12.3 12.5 12.7 12.8 12.9 表一：365nm光下電壓和光電流U/V-3.00 -2.50 -2.00 -1.20 -1.10 -1.03 -1.00 -0.90 -0.80 -0.78 -0.70 I/-0.1 -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 U/V-0.64 -0.52 -0.33 -0.10 0.00 0.30 0.50 0.98 1.39 1.71

9、 2.00 I/0.4 0.8 1.6 2.8 3.4 4.7 5.4 6.6 7.3 7.7 8.1 U/V2.35 2.68 3.00 5.0 6.5 7.5 10.0 14.5 17.0 25.0 I/8.4 8.6 8.7 9.4 9.6 9.7 9.9 10.0 10.1 10.3 表二：405nm光下電壓和光電流U/V-3.00 -2.00 -1.50 -1.00 -0.90 -0.80 -0.77 -0.75 -0.73 -0.70 -0.68 I/-0.1 -0.1 -0.1 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.1 U/V-0.65 -0.60 -0.

10、54 -0.50 -0.43 -0.33 -0.22 -0.10 0.00 0.69 1.40 I/0.2 0.3 0.4 0.5 0.8 1.2 1.8 2.5 3.0 5.9 7.3 U/V1.70 1.90 2.30 2.60 3.00 5.0 7.5 10.0 15.0 20.0 25.0 I/7.7 8.0 8.4 8.6 8.9 9.6 9.9 10.0 10.2 10.3 10.5 表三：436nm光下電壓和光電流U/V-3.00 -1.80 -1.40 -1.30 -1.10 -0.90 -0.60 -0.56 -0.50 -0.48 -0.42 I/-0.1 -0.1 -0.

11、1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.2 U/V-0.30 -0.20 0.00 0.20 0.50 0.80 1.00 1.30 1.50 1.80 2.00 I/0.8 1.4 2.4 3.4 4.5 5.3 5.8 6.4 6.7 7.1 7.4 U/V2.40 2.60 3.00 5.0 7.0 9.0 11.0 13.5 15.0 20.0 25.0 I/7.9 8.1 8.2 9.4 9.8 9.9 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 表四：546nm光下電壓和光電流U/V-3.00 -2.00 -1.50 -1.00 -0.80 -0.60

12、 -0.56 -0.50 -0.46 -0.41 -0.38 I/0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.2 U/V-0.34 -0.28 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.30 0.50 0.70 0.90 1.10 I/0.3 0.5 0.8 1.2 1.6 2.0 2.6 2.9 3.3 3.6 3.8 U/V1.40 1.70 2.00 2.30 3.00 5.0 7.0 12.5 19.0 20.0 25.0 I/4.1 4.3 4.6 4.8 5.0 5.4 5.5 5.7 5.8 5.8 5.8 表五：577nm光下電壓和光電流透光率100%75%50%25%0%I/5.9 4.7 3.0 1.7 0.0 表六：在不同透光率下的飽和光電流（577nm光下）圖一：365nm光下光電管的伏安特性曲線Ua=-1.17V圖二：405nm光下光電管的伏安特性曲線Ua=-0.89V圖三：436nm光下光電管的伏安特性曲線Ua=-0.72V圖四：546nm光下光