光電效應(yīng)測普朗克常量實驗報告-教學(xué)范文

1、 標(biāo)簽: 標(biāo)題 篇一：光電效應(yīng)測普朗克常量實驗報告光電效應(yīng)測普朗克常量實驗報告一、 實驗題目光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)二、 實驗?zāi)康?、通過實驗深刻理解愛因斯坦的光電效應(yīng)理論，了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律；2、 掌握用光電管進行光電效應(yīng)研究的方法；3、學(xué)習(xí)對光電管伏安特性曲線的處理方法，并用以測定普朗克常數(shù)。三、儀器用具ZKY GD 3 光電效應(yīng)測試儀、汞燈及電源、濾色片（五個）、光闌（兩個）、光電管、測試儀四、 實驗原理1、光電效應(yīng)與愛因斯坦方程用合適頻率的光照射在某些金屬表面上時，會有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)， 從金屬表面逸出的電子叫光電子。為了解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛因斯坦提出了 “光量

2、子”的概念，認(rèn)為對于頻率為的光波，每個光子的能量為式中，為普朗克常數(shù)，它的公認(rèn)值是=6.626。按照愛因斯坦的理論，光電效應(yīng)的實質(zhì)是當(dāng)光子和電子相碰撞時，光子把全部能量傳遞給電子， 電子所獲得的能量，一部分用來克服金屬表面對它的約束，其余的能量則成為該光電子逸出金屬表面后的動能。愛因斯坦提出了著名的光電方程：（ 1）式中，?為入射光的頻率，m 為電子的質(zhì)量，v 為光電子逸出金屬表面的初速度，1mv2為被光線照射的金屬材料的逸出功，2 為從金屬逸出的光電子的最大初動能。由（ 1）式可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動能必然也越大，所以即使陰極不加電壓也會有光電子落入陽極而形成光電流，甚

3、至陽極電位比陰極電位低時也會有光電子落到陽極，直至陽極電位低于某一數(shù)值時，所有光電子都不能到達(dá)陽極，光電流才為零。這個相對于陰極為負(fù)值的陽極電位U0 被稱為光電效應(yīng)的截止電壓。顯然，有（ 2）代入（ 1 ）式，即有（ 3）由上式可知，若光電子能量h?W，則不能產(chǎn)生光電子。產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低頻率是?0?Wh，通常稱為光電效應(yīng)的截止頻率。不同材料有不同的逸出功，因而 ?0 也不同。由于光的強弱決定于光量子的數(shù)量，所以光電流與入射光的強度成正比。又因為一個電子只能吸收一個光子的能量，所以光電子獲得的能量與光強無關(guān)，只與光子的頻率成正比，將（3）式改寫為（ 4）上式表明，截止電壓U0 是入射光頻率?的

4、線性函數(shù)，如圖2，當(dāng)入射光的頻率?0時，截止電壓U0?0，沒有光電子逸出。圖中的直線的斜率個正的常數(shù)：（ 5）由此可見，只要用實驗方法作出不同頻率下的k?hU0?曲線，并求出此曲線的是電子的電斜率，就可以通過式（5）求出普朗克常數(shù)h。其中量。U0-v 直線2、光電效應(yīng)的伏安特性曲線下圖是利用光電管進行光電效應(yīng)實驗的原理圖。頻率為、強度為的光線照射到光電管陰極上，即有光電子從陰極逸出。如在陰極K 和陽極 A 之間加正向電壓UAK ，它使K、 A 之間建立起的電場對從光電管陰極逸出的光電子起加速作用，隨著電壓UAK 的增加，到達(dá)陽極的光電子將逐漸增多。當(dāng)正向電壓增加到 Um 時，光電流達(dá)到最大，不

5、再增加，此時即稱為飽和狀態(tài)，對應(yīng)的光電流即稱為飽和光電流。光電效應(yīng)原理圖由于光電子從陰極表面逸出時具有一定的初速度，所以當(dāng)兩極間電位差為零時，仍有光電流 I 存在，若在兩極間施加一反向電壓，光電流隨之減少；當(dāng)反向電壓達(dá)到截止電壓時，光電流為零。愛因斯坦方程是在同種金屬做陰極和陽極，且陽極很小的理想狀態(tài)下導(dǎo)出的。實際上做陰極的金屬逸出功比作陽極的金屬逸出功小，所以實驗中存在著如下問題：（ 1 ）暗電流和本底電流存在，可利用此，測出截止電壓（補償法）。（ 2） 陽極電流。制作光電管陰極時，陽極上也會被濺射有陰極材料，所以光入射到陽極上或由陰極反射到陽極上，陽極上也有光電子發(fā)射，就形成陽極電流。由于

6、它們的存在，使得I U 曲線較理論曲線下移，如下圖所示。伏安特性曲線五、 實驗步驟1、調(diào)整儀器（1）連接儀器；接好電源，打開電源開關(guān)，充分預(yù)熱（不少于20 分鐘） 。（2）在測量電路連接完畢后，沒有給測量信號時，旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”旋鈕調(diào)零。每換一次量程，必須重新調(diào)零。（3）取下暗盒光窗口遮光罩，換上365.0nm 濾光片，取下汞燈出光窗口的遮光罩，裝好遮光筒，調(diào)節(jié)好暗盒與汞燈距離。2、測量普朗克常數(shù)h（ 1 ） 將電壓選擇按鍵開關(guān)置于22V 檔，將“電流量程”選擇開關(guān)置于A 檔。將測試儀電流輸入電纜斷開，調(diào)零后重新接上。（ 2）將直徑為4mm 的光闌和365.0nm 的濾色片裝在光電管電暗箱輸入口上

7、。（ 3） 從高到低調(diào)節(jié)電壓，用“零電流法”測量該波長對應(yīng)的 U0，并數(shù)據(jù)記錄。（ 4）依次換上404.7nm、 435.8nm、 546.1nm、 577.0nm 的濾色片，重復(fù)步驟（1） 、 （ 2） 、 （ 3） 。（ 5）測量三組數(shù)據(jù)你，然后對h 取平均值。3、測量光電管的伏安特性曲線（1）暗盒光窗口裝365.0nm 濾光片和4mm 光闌，緩慢調(diào)節(jié)電壓旋鈕，令電壓輸出值緩慢由0V 伏增加到30V，每隔1V 記一個電流值。但注意在電流值為零處記下截止電壓值.（2）在暗盒光窗口上換上404.7nm 濾光片，仍用4mm 的光闌，重復(fù)步驟（1） 。（3）選擇合適的坐標(biāo)，分別作出兩種光闌下的光電

8、管伏安特性曲線U I 。六、 實驗記錄與處理1、 零電流法測普朗克常量h（光闌 =2mm）第一次測量結(jié)果及處理：篇二：光電效應(yīng)測普朗克常量實驗報告三、 實驗原理1. 光電效應(yīng)當(dāng)一定頻率的光照射到某些金屬表面上時，可以使電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。所產(chǎn)生的電子，稱為光電子。光電效應(yīng)是光的經(jīng)典電磁理論所不能解釋的。當(dāng)金屬中的電子吸收一個頻率為v 的光子時，便獲得這光子的全部能量hv，如果這能量大于電子擺脫金屬表面的約束所需要的脫出功W，電子就會從金屬中逸出。按照能量守恒原理有：（ 1）上式稱為愛因斯坦方程，其中m 和 ?m 是光電子的質(zhì)量和最大速度，是光電子逸出表面后所具有的最大動能

9、。它說明光子能量hv 小于 W 時，電子不能逸出金屬表面，因而沒有光電效應(yīng)產(chǎn)生；產(chǎn)生光電效應(yīng)的入射光最低頻率v0=W/h ，稱為光電效應(yīng)的極限頻率（又稱紅限） 。不同的金屬材料有不同的脫出功，因而 0 也是不同的。由（1）式可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動能必然也越大，所以即使陰極不加電壓也會有光電子落入陽極而形成光電流，甚至陽極電位比陰極電位低時也會有光電子落到陽極，直至陽極電位低于某一數(shù)值時，所有光電子都不能到達(dá)陽極，光電流才為零。這個相對于陰極為負(fù)值的陽極電位被稱為光電效應(yīng)的截止電壓。顯然，有代入（1 ）式，即有（ 3）由上式可知，若光電子能量，則不能產(chǎn)生光電子。產(chǎn)生光電效

10、應(yīng)的最低頻率是（ 2），通常稱為光電效應(yīng)的截止頻率。不同材料有不同的逸出功，因而也不同。由于光的強弱決定于光量子的數(shù)量，所以光電流與入射光的強度成正比。又因為一個電子只能吸收一個光子的能量，所以光電子獲得的能量與光強無關(guān)，只與光子 的頻率成正比，將（3）式改寫為（ 4）上式表明，截止電壓是入射光頻率 的線性函數(shù)，如圖2，當(dāng)入射光的頻率時，截止電壓，沒有光電子逸出。圖中的直線的斜率是一個正的常數(shù)：（ 5）由此可見，只要用實驗方法作出不同頻率下的通過式（5）求出普朗克常數(shù)h。其中曲線，并求出此曲線的斜率，就可以是電子的電量。圖 2 U0-v 直線2. 光電效應(yīng)的伏安特性曲線圖 3 是利用光電管進行

11、光電效應(yīng)實驗的原理圖。頻率為 、強度為P 的光線照射到光電管陰極上，即有光電子從陰極逸出。如在陰極K 和陽極 A 之間加正向電壓，它使K 、 A 之間建立起的電場對從光電管陰極逸出的光電子起加速作用，隨著電壓的增加，到達(dá)陽極的光電子將逐漸增多。當(dāng)正向電壓增加到時，光電流達(dá)到最大，不再增加，此時即稱為飽和狀態(tài)，對應(yīng)的光電流即稱為飽和光電流。圖 3 光電效應(yīng)原理圖由于光電子從陰極表面逸出時具有一定的初速度，所以當(dāng)兩極間電位差為零時，仍有光電流 I 存在，若在兩極間施加一反向電壓，光電流隨之減少；當(dāng)反向電壓達(dá)到截止電壓時，光電流為零。圖 4 入射光頻率不同的I U 曲線 圖 5 入射光強度不同的I

12、U 曲線 愛因斯坦方程是在同種金屬做陰極和陽極，且陽極很小的理想狀態(tài)下導(dǎo)出的。實際上做陰極的金屬逸出功比作陽極的金屬逸出功小，所以實驗中存在著如下問題：（1 ） 暗電流和本底電流。當(dāng)光電管陰極沒有受到光線照射時也會產(chǎn)生電子流，稱為暗電流。它是由電子的熱運動和光電管管殼漏電等原因造成的。室內(nèi)各種漫反射光射入光電管造成的光電流稱為本底電流。暗電流和本底電流隨著K、 A 之間電壓大小變化而變化。（ 2） 陽極電流。制作光電管陰極時，陽極上也會被濺射有陰極材料，所以光入射到陽極上或由陰極反射到陽極上，陽極上也有光電子發(fā)射，就形成陽極電流。由于它們的存在，使得 I U 曲線較理論曲線下移，如圖6 所示。

13、圖 6 伏安特性曲線五、 數(shù)據(jù)記錄與處理1 、零電流法測h第一組：普朗克常數(shù)：6.65×J· s 誤差 0.30%第二組：普朗克常數(shù)：6.64×第三組：普朗克常數(shù)：6.64× 2、補償法測h普朗克常數(shù)：6.68×J·s誤差0.88%J·s誤差0.26% J·s 誤差 0.21%3、伏安特性曲線見下頁。六、思考討論1、什么是光電效應(yīng)，及內(nèi)，外光電效應(yīng)和單光子，多光子光電效應(yīng)。當(dāng)一定頻率的光照射到某些金屬表面上時，可以使電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。所產(chǎn)生的電子，稱為光電子。常說的光電效應(yīng)是外光電效應(yīng)，即電

14、子從金屬表面逸出。內(nèi)光電效應(yīng)是光電效應(yīng)的一種，主要由于光量子作用，引發(fā)物質(zhì)電化學(xué)性質(zhì)變化。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)：當(dāng)入射光子射入到半導(dǎo)體表面時，半導(dǎo)體吸收入射光子產(chǎn)生電子空穴對，使其自生電導(dǎo)增大。光生伏特效應(yīng)：當(dāng)一定波長的光照射非均勻半導(dǎo)體（如PN 結(jié)） ， 在自建場的作用下，半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生光電壓。篇三：光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)-實驗報告綜合、設(shè)計性實驗報告年級 學(xué)號姓名 時間一、 實驗題目光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)二、 實驗?zāi)康?、通過實驗深刻理解愛因斯坦的光電效應(yīng)理論，了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律；2、 掌握用光電管進行光電效應(yīng)研究的方法；3、學(xué)習(xí)對光電管伏安特性曲線的處理

15、方法，并用以測定普朗克常數(shù)。三、儀器用具ZKY GD 3 光電效應(yīng)測試儀、汞燈及電源、濾色片（五個）、光闌（兩個）、光電管、測試儀四、 實驗原理1、光電效應(yīng)與愛因斯坦方程用合適頻率的光照射在某些金屬表面上時，會有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)，從金屬表面逸出的電子叫光電子。為了解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛因斯坦提出了“光量子”的概念，認(rèn)為對于頻率為的光波，每個光子的能量為式中，為普朗克常數(shù)，它的公認(rèn)值是=6.626按照愛因斯坦的理論，光電效應(yīng)的實質(zhì)是當(dāng)光子和電子相碰撞時，光子把全部能量傳遞給電子， 電子所獲得的能量，一部分用來克服金屬表面對它的約束，其余的能量則成為該光電子逸出金屬表面后的動

16、能。愛因斯坦提出了著名的光電方程：式中，?為入射光的頻率，m 為電子的質(zhì)量，v 為光電子逸出金屬表面的初12mv2 為被光線照射的金屬材料的逸出功，為從金屬逸出的光電子的最速度，大初動能。由（ 1）式可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動能必然也越大，所以即使陰極不加電壓也會有光電子落入陽極而形成光電流，甚至陽極電位比陰極電位低時也會有光電子落到陽極，直至陽極電位低于某一數(shù)值時，所有光電子都不能到達(dá)陽極，光電流才為零。這個相對于陰極為負(fù)值的陽極電位U0 被稱為光電效應(yīng)的截止電壓。顯然，有（ 2）代入（ 1 ）式，即有（ 3）由上式可知，若光電子能量h?W，則不能產(chǎn)生光電子。產(chǎn)生光電效應(yīng)

17、的最低頻率是?0?Wh，通常稱為光電效應(yīng)的截止頻率。不同材料有不同的逸出功，因而 ?0 也不同。由于光的強弱決定于光量子的數(shù)量，所以光電流與入射光的強度成正比。又因為一個電子只能吸收一個光子的能量，所以光電子獲得的能量與光強無關(guān)，只與光子的頻率成正比，將（3）式改寫為（ 4）上式表明，截止電壓U0 是入射光頻率?的線性函數(shù)，如圖2，當(dāng)入射光的頻率?0時，截止電壓U0?0，沒有光電子逸出。圖中的直線的斜率個正的常數(shù)：（ 5）由此可見，只要用實驗方法作出不同頻率下的U0?曲線，并求出此曲線的斜率，就可以通過式（5）求出普朗克常數(shù)h。其中量。是電子的電k?hU0-v 直線2、光電效應(yīng)的伏安特性曲線下

18、圖是利用光電管進行光電效應(yīng)實驗的原理圖。頻率為、強度為的光線照射到光電管陰極上，即有光電子從陰極逸出。如在陰極K 和陽極 A 之間加正向電壓UAK ，它使 K、 A 之間建立起的電場對從光電管陰極逸出的光電子起加速作用，隨著電壓UAK 的增加，到達(dá)陽極的光電子將逐漸增多。當(dāng)正向電壓增加到 Um 時，光電流達(dá)到最大，不再增加，此時即稱為飽和狀態(tài)，對應(yīng)的光電流即稱為飽和光電流。光電效應(yīng)原理圖由于光電子從陰極表面逸出時具有一定的初速度，所以當(dāng)兩極間電位差為零時，仍有光電流 I 存在，若在兩極間施加一反向電壓，光電流隨之減少；當(dāng)反向電壓達(dá)到截止電壓時，光電流為零。愛因斯坦方程是在同種金屬做陰極和陽極，且陽極很小的