光電效應(yīng)和普朗克常量的測(cè)定

1、光電效應(yīng)和普朗克常量的測(cè)定之邯鄲勺丸創(chuàng)作創(chuàng)建人：系統(tǒng)管理員總分：100實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤怆娦?yīng)的基本規(guī)律， 學(xué)會(huì)用光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常量；測(cè)定并畫(huà)出光電管的光電特性曲線。實(shí)驗(yàn)儀器水銀燈、濾光片、遮光片、光電管、光電效應(yīng)參數(shù)測(cè)試儀。實(shí)驗(yàn)原理光電效應(yīng)：當(dāng)光照射在物體上時(shí)， 光子的能量一部分以熱的形式被 物體吸收，另一部分則轉(zhuǎn)換為物體中一些電子的能量，是部分電子逃逸出物體概況。這種現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)。 愛(ài)因斯坦曾憑借其對(duì)光 電效應(yīng)的研究獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光展示其粒子性。 光電效應(yīng)裝置：S為真空光電管。內(nèi)有電極板， A、K極板分別為陽(yáng) 極和陰極。G為檢流計(jì)（或靈敏電流表）。無(wú)光照時(shí)，光電管內(nèi)

2、部 斷路，G中沒(méi)有電流通過(guò)。U為電壓表，丈量光電管端電壓。由于 光電管相當(dāng)于阻值很大的“電阻”，與其相比之下檢流計(jì)的內(nèi)阻基用一波長(zhǎng)較短（光子能量較大）的單色光束照射陰極板，會(huì)逸出光 電子。在電源發(fā)生的加速電場(chǎng)作用下向 A級(jí)定向移動(dòng)，形成光電流。 顯然，如依照?qǐng)D中連接方式，U越大時(shí)，光電流I勢(shì)必越大。于是, 我們可以作出光電管的伏安特性曲線， U=I曲線關(guān)系大致如下圖：隨著U的增大，I逐漸增加到飽和電流值IH。另一方面，隨著U的 反向增大，當(dāng)增大到一個(gè)遏制電位差Ua時(shí)，I恰好為零。此時(shí)電子的動(dòng)能在到達(dá)A板時(shí)恰好耗盡。光電子在從陰極逸出時(shí)具有初動(dòng) 能1mv2，當(dāng)U=Ua時(shí)，此初動(dòng)能恰好等于其克服電

3、場(chǎng)力所做的功。2即：1mv2 e|U a I2根據(jù)愛(ài)因斯坦的假設(shè)，每粒光子有能量hv。式中h為普朗克常量，v為入射光波頻率。物體概況的電子吸收了這個(gè)能量后，一部 分消耗在克服物體固有的逸出功A上，另一部分則轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能，讓其能夠離開(kāi)物體概況，成為光電子。于是我們得到愛(ài)因斯坦 的光電效應(yīng)方程：hv 1 mv2 A由此可知，光電子的初動(dòng)能與入射2光頻率成線性關(guān)系，而與光強(qiáng)度無(wú)關(guān)。（光強(qiáng)度只對(duì)單位時(shí)間內(nèi)逸出物體概況的光電子的個(gè)數(shù)發(fā)生影響）光電效應(yīng)的光電閾值：紅限:當(dāng)入射光頻率v低于某一值時(shí)，無(wú)論用多強(qiáng)的光照都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)。由光電效應(yīng)方程易得這個(gè)頻率V。A/h，稱(chēng)為紅限。丈量普朗克常量的方法：

4、用光波頻率為 的單色光照射陰極板， 丈量其遏制電位差Ua。于是有:hv e|Ua | A所以：|Ua| v -ee這標(biāo)明了截止電壓|Ua|和光波頻率V成正比。實(shí)驗(yàn)中獲得單色光的方法:使用水銀燈發(fā)出穩(wěn)定白光作為光源，再使用分歧顏色的濾光片罩在 光電管的入光口以得到相應(yīng)顏色的單色光， 還可以使用分歧透光度 的遮光片罩在水銀燈的出光口以得到分歧強(qiáng)度的光。 可見(jiàn)光區(qū)水銀燈的強(qiáng)譜線如下表所示:按札TP如S 49加斗黠辰«.S8>404 7-'£實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的誤差的預(yù)分析：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(jiàn)光譜都比較 靈敏。（

5、2）陽(yáng)極包抄陰極，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(méi)有光電效應(yīng)，不會(huì)發(fā)生反向電流。 暗電流很小。但實(shí)際使用的光電管不成能滿足理想條件。我們必須考慮陽(yáng)極光電效應(yīng)引起的反向電流，以及無(wú)光照時(shí)，電路中的暗電流。那么實(shí)際測(cè)得的電流應(yīng)包含三部分： 正常光電效應(yīng)發(fā)生的電流、 陽(yáng)極光電效應(yīng)發(fā)生反向電流、暗電流。于是實(shí)際測(cè)得的光電管的伏安特性曲線其實(shí)不與 x軸相切。（左圖：理想狀態(tài)；右圖：實(shí)際狀態(tài)） 產(chǎn)蟲(chóng)由于暗電流的值通常很小，且對(duì)U通常也滿足線性關(guān)系。 故本實(shí)驗(yàn)中可以忽略其造成的影響。而陽(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，可采取以下兩 種

6、方法：（1）交點(diǎn)法：光電管陽(yáng)極用逸出功較大的資料制作，制作 過(guò)程中盡量防止陰極資料蒸發(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資料，實(shí)驗(yàn)中防止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，其伏安特性曲線與上面左圖（理想曲線） 十分接近，因此曲線與 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)，如上面右圖所示，此拐點(diǎn)的電位差即為遏止電位差。 除了以上提到的可能誤差外， 實(shí)驗(yàn)室 內(nèi)的照明干擾和電磁干擾也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)盡量關(guān)燈

7、， 而且嚴(yán)格控制可能發(fā)生電磁干擾的儀器。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、用分歧顏色的濾光片分別得到五種分歧波長(zhǎng)的單色光（365nm405nm 436nm 546nm 577nm）,分別測(cè)定每種光射入光電管時(shí)，光電管的伏安特性曲線，分別作出U-I特性曲線。二、使用濾光片得到577nm波長(zhǎng)的單色光，分別用分歧透光度（25% 50% 75% 不遮光（100%）的遮光片得到分歧強(qiáng)度的光照，分別丈量其飽和光電流Im，做出Im透光率的關(guān)系圖。三、使用實(shí)驗(yàn)一中得到的數(shù) 據(jù)，分別求出五種分歧波長(zhǎng)的光照射光電管時(shí)的遏制電壓，并根據(jù)波長(zhǎng)求出光波頻率，作|Ua|-v圖，用線性回歸得出逸出功 A值和普 朗克常量h值，而且計(jì)算出極限頻率

8、。最后把測(cè)得的普朗克常量值與公認(rèn)值比較。計(jì)算相對(duì)誤差。四、計(jì)算涉及的相關(guān)公式元電荷電子電量X電=1.60 x 10-15 Cs普朗克常量公認(rèn)愴：h = 0.03 x 1廣h截止電壓IITJ和光渡頻卑勺之間有二kv = epa+H所決r - I 吒 >4|5|二e e普朗克常量相對(duì)誤差公式瓦二L氣二k數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一：丈量光電管在分歧波長(zhǎng)光照射下的伏安特性總分值：70（1）入射光波長(zhǎng)365nm的伏安特性（不計(jì)分）使用藍(lán)黑色濾光片測(cè)得入射光波長(zhǎng)365nm的伏安特性數(shù)據(jù)如下：丈量序號(hào)123456789101112131415161718192021222324電壓U/V電流I/A（10分）根

9、據(jù)相關(guān)的參數(shù)，獲得圖型信息（2）入射光波長(zhǎng)405nm的伏安特性（不計(jì)分）使用深藍(lán)色濾光片測(cè)得入射光波長(zhǎng)405nm的伏安特性數(shù)據(jù)如下：丈量序號(hào)123456789101112131415161718192021222324電壓U/V電流I/A（10分）根據(jù)相關(guān)的參數(shù)，獲得圖型信息（3）入射光波長(zhǎng)436nm的伏安特性（不計(jì)分）使用藍(lán)綠色濾光片測(cè)得入射光波長(zhǎng)436nm的伏安特性數(shù)據(jù)如下：丈量序號(hào)123456789101112131415161718192021222324電壓UN電流I/（10分）根據(jù)相關(guān)的參數(shù)，獲得圖型信息（4）入射光波長(zhǎng)546nm的伏安特性（不計(jì)分）使用金黃色濾光片，測(cè)得入射光波長(zhǎng)

10、546nm的伏安特性數(shù)據(jù)如下：丈量序號(hào)123456789101112131415161718192021222324電壓U/V電流I/（10分）根據(jù)相關(guān)的參數(shù)，獲得圖型信息（5）入射光波長(zhǎng)557nm的伏安特性（不計(jì)分）使用橙紅色濾光片測(cè)得入射光波長(zhǎng)557nm的伏安特性數(shù)據(jù)如下：丈量序號(hào)123456789101112131415161718192021222324電壓U/V電流I/（1A（10分）根據(jù)相關(guān)的參數(shù)，獲得圖型信息（6）根據(jù)丈量數(shù)據(jù)，計(jì)算紅線頻率以及普朗克常量tn止電壓Ml和鈕J陣之閭段5 =_p|a -h 1 昔朗克常量相對(duì)俁差公式（不計(jì)分）遏制電壓的絕對(duì)值|Ua|與光波頻率v的關(guān)系如下:波長(zhǎng)入/nm365405436546577頻率v /THz謁止電壓|Ua|/V（10分）根據(jù)相關(guān)的參數(shù)，獲得圖型信息 （4分）利用最小二乘法進(jìn)行線性回歸，得到普朗克常量h（io-34J S）= （2分）計(jì)算普朗克常量的相對(duì)誤差Er （咧二 （4分）考慮紅限頻率 v 0 = A/h，得v 0（單位：J Hz）二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二：研究飽和光電流Im與光強(qiáng)p之間的關(guān)系總分值：10（1）飽和光電流Im與光強(qiáng)p之間的關(guān)系（不計(jì)分）在光源上加分歧的透光率的透光片，丈量其飽和電流數(shù)據(jù)如下：透光率0.000.250.500.751.00飽和電流Im/ （6分）根據(jù)相關(guān)