智能型光電效應試驗儀測普朗克常數

1、G A械/F疣大學物理實驗報告實驗名稱姓名學號實驗類型 （驗證性、綜合性）指導教師上課時間年月日實驗時間:實驗地點:實驗名稱：智能型光電效應實驗儀測普朗克常數小組成員： 實驗目的：1、了解光電效應的規(guī)律，加深對光的量子性的理解。2、測量普朗克常數h 。3、描繪光電管的伏安特性曲線。儀器、設備和材料：ZKY-GD-4型智能光電效應實驗儀，計算機實驗原理：光電效應的實驗原理如圖 5-5-1中的圖1所示。入射光照射到光電管陰極 K上，產生的光電子在電場 的作用下向陽極 A遷移形成光電流，改變外加電壓 UAk，測量出光電流I的大小，便可以得出光電管的伏 安特性曲線。光電效應的基本實驗如下：圖丨團2圖3

2、圖5-5-1光電效應實驗原理及實驗曲線、對應于某一頻率，光電效應的I -U Ak關系如圖5-5-1中的圖2所示。從圖中可見，對一定的頻率，有一電壓U。與其對應，當UAk乞U。時，電流為零，這個相對于陰極的負值電壓，被稱為截止 電壓。、當UAk -Uo后，電流I迅速增加，然后趨于飽和，飽和光電流g的大小與入射光的強度成正比。、對于不同頻率的光，其截止電壓的值不同，如圖5-5-1中的圖3所示。、作截止電壓U。與頻率：的關系曲線如圖 5-5-1中的圖4所示。U。與：成正比關系。當入射光 頻率低于某極限值 0，（： 0隨不同金屬而異）時，不論光的強度如何，照射時間多長，都沒有光電流產 生。、光電效應是

3、瞬時效應。即使入射光的強度非常微弱，只要頻率大于：0，在開始照射后立即有光電子產生，所經過的時間至多為1Qs的數量級。按照愛因斯坦的光量子理論，光能并不像電磁波理論所想象的那樣，分布在波陣面上，而是集中 在被稱之為光子的微粒上，但這種微粒仍然保持著頻率（或波長）的概念，頻率為：的光子具有能量E=h，h為普朗克常數。當光子照射到金屬表面上時，一次為金屬中的電子全部吸收，而無需積累 能量的時間。電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引力，余下的就變?yōu)殡娮与x開金屬表面后的動能， 按照能量守恒原理，愛因斯坦提出了著名的光電效應方程：1 2 h = mv A（5-5-1）2式中，A為金屬的逸出功

4、，mv實驗內容 測試前準備：、將實驗儀及汞燈電源接通 （汞燈及光電管暗箱遮光蓋蓋上 ），預熱20分鐘。、調整光電管與汞燈距離為約40cm并保持不變。、用專用連接線將光電管暗箱電壓輸入端與實驗儀電壓輸出端（后面板上）連接起來（紅一紅，蘭一蘭）。、將“電流量程”選擇開關置于所選檔位，進行測試前調零。、若要動態(tài)顯示采集曲線，需將實驗儀的“信號輸出”端口接至示波器的“Y”輸入端，“同步輸出”端口接至示波器的“外觸發(fā)”輸入端。 測定普朗克常數 h問題討論及測量方法：由于本實驗儀器的電流放大器靈敏度高，穩(wěn)定性好；光電管陽極反向電流，暗電流水平也較 低。在測量各譜線的截止電壓U0時，可采用零電流法，即直接將

5、各譜線照射下測得的電流為零時對應的電壓 Uak的絕對值作為截止電壓U。此法的前提是陽極反向電流、暗電流和本底電流為光電子獲得的初始動能。2由式5-5-1可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動能越大，所以，即使陽極電位比陰 極電位低時也會有電子落入陽極形成光電流，直至陽極電位低于截止電壓，光電流才為零，此時有關 系：1 2eU0 mv（5-5-2）2陽極電位高于截止電壓后，隨著陽極電位的升高，陽極對陰極發(fā)射的電子的收集作用越強，光電 流隨之上升；當陽極電壓高到一定程度，已把陰極發(fā)射的光電子幾乎全收集到陽極，再增加Uak時I不再變化，光電流出現(xiàn)飽和，飽和光電流lm的大小與入射光的強度 P成

6、正比。光子的能量h：oYA時，電子不能脫離金屬，因而沒有光電流產生。產生光電效應的最低頻率（截止頻率）是：0 = A人。將上述兩式整理可得：eU0 =h： -A（5-5-3）式5-5-3表明截止電壓U。是頻率：的線性函數，直線斜率 k二he，只要用實驗方法得出不同的頻 率對應的截止電壓，求出直線斜率，就可算出普朗克常數h。都很小，用零電流法測得的截止電壓與真實值相差較小，且各譜線的截止電壓都相差.U，對U。-：曲線的斜率無大的影響，因此對h的測量結果影響不大。測量截止電壓：測量截止電壓時，“伏安特性測試/截止電壓測試”狀態(tài)鍵應為截止電壓測試狀態(tài)?！半娏髁砍獭遍_關應處于 103A檔。 手動測量使

7、“手動/自動”模式鍵處于手動模式。 自動測量按“手動/自動”模式鍵切換到自動模式。3、測光電管的伏安特性曲線、功能選擇鍵“伏安特性測試/截止電壓測試”應為伏安特性測試狀態(tài)。“電流量程”開關應撥至1010A檔，并重新調零。、將直徑4mm勺光闌及所選譜線的濾色片裝在光電管暗箱輸入口上。測伏安特性曲線可選用“手動/自動”兩種模式之一，測量的最大范圍為-150V,自動測量時步長為1V,儀器功能及使用方法如前所述。、儀器與示波器（或計算機）連接方法同上。 可同時觀察 5條譜線在同一光闌、同一距離下伏安飽和特性曲線。 可同時觀察某條譜線在不同距離（即不同光強）、同一光闌下的伏安飽和特性曲線。 可同時觀察某

8、條譜線在不同光闌（即不同光通量）、同一距離下的伏安飽和特性曲線。由此可驗證光電管飽和光電流與入射光成正比。、記錄所測 UAk及I的數據到表5-5-2中，作對應于以上波長及光強的伏安特性曲線。數據記錄與數據處理1、測普朗克常數的測量 數據記錄于表5-5-1中表5-5-1U0關系數據表光闌孔：mm波長人/nm365.0404.7435.8546.1577.014頻率 u /X10 HZ8.2147.4086.8795.4905.196截止電手動壓 U/V自動實驗數據處理；得出U。-：直線的斜率 k ,即可用h二ek求出普朗克常數，并與h的公認值h。比較，求出相對誤差E 二hh。（其中 e=1.602 109C, h。= 6.626 10 4J S）h若本項實驗與計算機連接自動操作，h的計算可由計算機自動完成，詳細操作可參照隨機配送的軟件或說明書。2、光電管伏安特性曲線測定 數據記錄于表5-5-2中表5-5-2 I -Uak曲線數據表365.0nmVIVI404.7nmVIVI435.8nmVIVI546.1nmVIVI實驗數據處理；、如手動操作，用 E