智能型光電效應(yīng)試驗(yàn)儀測(cè)普朗克常數(shù)

1、G A械/F疣大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱姓名學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)類型 （驗(yàn)證性、綜合性）指導(dǎo)教師上課時(shí)間年月日實(shí)驗(yàn)時(shí)間:實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):實(shí)驗(yàn)名稱：智能型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀測(cè)普朗克常數(shù)小組成員： 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解光電效應(yīng)的規(guī)律，加深對(duì)光的量子性的理解。2、測(cè)量普朗克常數(shù)h 。3、描繪光電管的伏安特性曲線。儀器、設(shè)備和材料：ZKY-GD-4型智能光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)原理：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生的光電子在電場(chǎng) 的作用下向陽極 A遷移形成光電流，改變外加電壓 UAk，測(cè)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(yīng)的基本實(shí)驗(yàn)如下：圖丨團(tuán)2圖3

2、圖5-5-1光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)曲線、對(duì)應(yīng)于某一頻率，光電效應(yīng)的I -U Ak關(guān)系如圖5-5-1中的圖2所示。從圖中可見，對(duì)一定的頻率，有一電壓U。與其對(duì)應(yīng)，當(dāng)UAk乞U。時(shí)，電流為零，這個(gè)相對(duì)于陰極的負(fù)值電壓，被稱為截止 電壓。、當(dāng)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(qiáng)度成正比。、對(duì)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(guān)系曲線如圖 5-5-1中的圖4所示。U。與：成正比關(guān)系。當(dāng)入射光 頻率低于某極限值 0，（： 0隨不同金屬而異）時(shí)，不論光的強(qiáng)度如何，照射時(shí)間多長(zhǎng)，都沒有光電流產(chǎn) 生。、光電效應(yīng)是

3、瞬時(shí)效應(yīng)。即使入射光的強(qiáng)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(chǎn)生，所經(jīng)過的時(shí)間至多為1Qs的數(shù)量級(jí)。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(zhǎng)）的概念，頻率為：的光子具有能量E=h，h為普朗克常數(shù)。當(dāng)光子照射到金屬表面上時(shí)，一次為金屬中的電子全部吸收，而無需積累 能量的時(shí)間。電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對(duì)它的吸引力，余下的就變?yōu)殡娮与x開金屬表面后的動(dòng)能， 按照能量守恒原理，愛因斯坦提出了著名的光電效應(yīng)方程：1 2 h = mv A（5-5-1）2式中，A為金屬的逸出功

4、，mv實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 測(cè)試前準(zhǔn)備：、將實(shí)驗(yàn)儀及汞燈電源接通 （汞燈及光電管暗箱遮光蓋蓋上 ），預(yù)熱20分鐘。、調(diào)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(shí)驗(yàn)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(guān)置于所選檔位，進(jìn)行測(cè)試前調(diào)零。、若要?jiǎng)討B(tài)顯示采集曲線，需將實(shí)驗(yàn)儀的“信號(hào)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(cè)定普朗克常數(shù) h問題討論及測(cè)量方法：由于本實(shí)驗(yàn)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(cè)量各譜線的截止電壓U0時(shí)，可采用零電流法，即直接將

5、各譜線照射下測(cè)得的電流為零時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓 Uak的絕對(duì)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(dòng)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(dòng)能越大，所以，即使陽極電位比陰 極電位低時(shí)也會(huì)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(shí)有關(guān) 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(duì)陰極發(fā)射的電子的收集作用越強(qiáng)，光電 流隨之上升；當(dāng)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(shí)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(qiáng)度 P成

6、正比。光子的能量h：oYA時(shí)，電子不能脫離金屬，因而沒有光電流產(chǎn)生。產(chǎn)生光電效應(yīng)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(shù)，直線斜率 k二he，只要用實(shí)驗(yàn)方法得出不同的頻 率對(duì)應(yīng)的截止電壓，求出直線斜率，就可算出普朗克常數(shù)h。都很小，用零電流法測(cè)得的截止電壓與真實(shí)值相差較小，且各譜線的截止電壓都相差.U，對(duì)U。-：曲線的斜率無大的影響，因此對(duì)h的測(cè)量結(jié)果影響不大。測(cè)量截止電壓：測(cè)量截止電壓時(shí)，“伏安特性測(cè)試/截止電壓測(cè)試”狀態(tài)鍵應(yīng)為截止電壓測(cè)試狀態(tài)?！半娏髁砍獭遍_關(guān)應(yīng)處于 103A檔。 手動(dòng)測(cè)量使

7、“手動(dòng)/自動(dòng)”模式鍵處于手動(dòng)模式。 自動(dòng)測(cè)量按“手動(dòng)/自動(dòng)”模式鍵切換到自動(dòng)模式。3、測(cè)光電管的伏安特性曲線、功能選擇鍵“伏安特性測(cè)試/截止電壓測(cè)試”應(yīng)為伏安特性測(cè)試狀態(tài)?！半娏髁砍獭遍_關(guān)應(yīng)撥至1010A檔，并重新調(diào)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(cè)伏安特性曲線可選用“手動(dòng)/自動(dòng)”兩種模式之一，測(cè)量的最大范圍為-150V,自動(dòng)測(cè)量時(shí)步長(zhǎng)為1V,儀器功能及使用方法如前所述。、儀器與示波器（或計(jì)算機(jī)）連接方法同上。 可同時(shí)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(shí)觀察某條譜線在不同距離（即不同光強(qiáng)）、同一光闌下的伏安飽和特性曲線。 可同時(shí)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(yàn)證光電管飽和光電流與入射光成正比。、記錄所測(cè) UAk及I的數(shù)據(jù)到表5-5-2中，作對(duì)應(yīng)于以上波長(zhǎng)及光強(qiáng)的伏安特性曲線。數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理1、測(cè)普朗克常數(shù)的測(cè)量 數(shù)據(jù)記錄于表5-5-1中表5-5-1U0關(guān)系數(shù)據(jù)表光闌孔：mm波長(zhǎng)人/nm365.0404.7435.8546.1577.014頻率 u /X10 HZ8.2147.4086.8795.4905.196截止電手動(dòng)壓 U/V自動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理；得出U。-：直線的斜率 k ,即可用h二ek求出普朗克常數(shù)，并與h的公認(rèn)值h。比較，求出相對(duì)誤差E 二hh。（其中 e=1.602 109C, h。= 6.626 10 4J S）h若本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)連接自動(dòng)操作，h的計(jì)算可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，詳細(xì)操作可參照隨機(jī)配送的軟件或說明書。2、光電管伏安特性曲線測(cè)定 數(shù)據(jù)記錄于表5-5-2中表5-5-2 I -Uak曲線數(shù)據(jù)表365.0nmVIVI404.7nmVIVI435.8nmVIVI546.1nmVIVI實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理；、如手動(dòng)操作，用 E