光電效應(yīng)法測普朗克常量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)題目：光電效應(yīng)法測普朗克常量實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解光電效應(yīng)的根本規(guī)律；2.用光電效應(yīng)方法測量普朗克常量和測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), 光的能量僅局部地以熱的形式被物體吸收,而另一局部那么轉(zhuǎn)換為物體中某些電子的能量,使電子逸出物體外表,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)象對熟悉光的本性,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)系圖 土2.1 -2 光電曾的伏安特牲曲嫌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, 光電流到達(dá)飽和 值和值IH,飽和電

2、流與光強(qiáng)成正比,而與入射光的頻率無關(guān).當(dāng)U= U-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)電位差到達(dá)這個(gè)值時(shí),光電流為零.2.光電子的初動能與入射頻率之間的關(guān)系光電子從陰極逸出時(shí),具有初動能,在減速電壓下,光電子逆著電場力方向由K極向A極運(yùn)動.當(dāng)U=U時(shí),光電子不再能到達(dá) A極,光電流為零.所以電子的初動能等于它克服 電場力作用的功.即1mv2 eUa(1)2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)動著的粒子流,這些光粒子稱為光子.每一光子的能量為hv,其中h為普朗克常量,v 為光波的頻率.所以不同頻率的光波對應(yīng)光子的能量不同. 光電子吸收了光子的能量 h

3、v之后,一局部消耗于克服電子的逸 出功A,另一局部轉(zhuǎn)換為電子動能.由能量守恒定律可知.12hv - mv A(2)2式(2)稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程.由此可見,光電子的初動能與入射光頻率V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v Vo時(shí),不管用多強(qiáng)的光照射到物質(zhì)都不會產(chǎn)生光電效應(yīng),根據(jù)式2 , V0 v o稱為紅限.h愛因斯坦光電效應(yīng)方程同時(shí)提供了測普朗克常量的一種方法：由式1和2可得：hv eU 0 A,當(dāng)用不同頻率V 1 , V 2, V 3,V n的單色光分別做光源時(shí),就有hv1 eU1 Ahv2 eU 2 A hVn eUn A任意聯(lián)立其中兩個(gè)方程

4、就可得到(3)eUi Ujh vivj由此假設(shè)測定了兩個(gè)不同頻率的單色光所對應(yīng)的遏止電位差即可算出普朗克常量h,也可由v -U直線的斜率求出ho因此,用光電效應(yīng)方法測量普朗克常量的關(guān)鍵在于獲得單色光、測得光電管的伏安特性曲線和確定遏止電位差值.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/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)該具備以下條件:(1) 對所有可見光譜都比擬靈敏.(2

5、) 陽極包圍陰極,這樣當(dāng)陽極為負(fù)電位時(shí),大局部光電子仍能射到陽極.(3) 陽極沒有光電效應(yīng),不會產(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),所以測得的電流值,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)局部,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, 且根本上隨電位差 U呈線性變化,因此可忽略其對遏止電位差的影響.陽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

6、兩種方法：(1) 交點(diǎn)法光電管陽極用逸出功較大的材料制作, 制作過程中盡量預(yù)防陰極材料蒸發(fā), 實(shí)驗(yàn)前對光 電管陽極通電,減少其上濺射的陰極材料, 實(shí)驗(yàn)中預(yù)防入射光直接照射到陽極上, 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)法光電管陽極反向光電流雖然較大,但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,假設(shè)使反向光電流能較快地飽和,那么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)容：通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的根本規(guī)律,并用光電效應(yīng)法測量普朗克常量.1.

7、 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皿,固定此距離,不需再變動.2. 分別測365nm 405nm,546nm,577nm的V-I特性曲線,從-3V到25V,拐點(diǎn)處測量盡量小O3. 裝上577nm濾色片,在光源窗口分別裝上透光率為25%,50%,75%勺遮光片里飽和光電流I m和照射光強(qiáng)度的關(guān)系,作出I 光強(qiáng)曲線.4. 做Ua V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)行比擬.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理：,加20V電壓,測U/V-3.00-2.00-1.40-1.30-1.25-1.21-1.19-1.15-1.10-1.05-

8、1.00I/ 1-0.3-0.2-0.10.00.00.00.10.10.20.30.4U/V-0.95-0.90-0.80-0.50-0.200.201.002.003.005.08.0I/ L.L0.50.60.81.62.95.07.69.210.111.311.9U/V10.012.515.017.020.022.025.0I/ L.L12.012.312.312.512.712.812.9表一：365nm光下電壓和光電流U/V-3.00-2.50-2.00-1.20-1.10-1.03-1.00-0.90-0.80-0.78-0.70I/ 一L-0.1-0.1-0.1-0.1-0.1

9、0.00.00.00.10.20.3U/V-0.64-0.52-0.33-0.100.000.300.500.981.391.712.00I/ L.L0.40.81.62.83.44.75.46.67.37.78.1U/V2.352.683.005.06.57.510.014.517.025.0I/ ! '8.48.68.79.49.69.79.910.010.110.3表二：405nm光下電壓和光電流U/V-3.00-2.00-1.50-1.00-0.90-0.80-0.77-0.75-0.73-0.70-0.68I/ ,1-5-0.1-0.1-0.1-0.10.00.00.00.0

10、0.10.10.1U/V-0.65-0.60-0.54-0.50-0.43-0.33-0.22-0.100.000.691.40I/ L.LU/V0.21.700.31.900.42.300.52.600.83.001.25.01.87.52.510.03.015.05.920.07.325.0I/ 17.78.08.48.68.99.69.910.010.210.310.5表三：436nm光下電壓和光電流U/V-3.00-1.80-1.40-1.30-1.10-0.90-0.60-0.56-0.50-0.48-0.42I/ L.L-0.1-0.1-0.10.00.00.00.00.00.00

11、.10.2U/V-0.30-0.200.000.200.500.801.001.301.501.802.00I/ 10.81.42.43.44.55.35.86.46.77.17.4U/V2.402.603.005.07.09.011.013.515.020.025.0I/ L.L7.98.18.29.49.89.910.110.210.310.410.5表四：546nm光下電壓和光電流U/V-3.00-2.00-1.50-1.00-0.80-0.60-0.56-0.50-0.46-0.41-0.38I/ 1 =.0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.10.2U/V-0.3

12、4-0.28-0.20-0.100.000.100.300.500.700.901.10I/ L.A0.30.50.81.21.62.02.62.93.33.63.8U/V1.401.702.002.303.005.07.012.519.020.025.0I/ Li4.14.34.64.85.05.45.55.75.85.85.8表五：577nm光下電壓和光電流透光率100%75%50%25%0%I/ 一口 一5.94.73.01.70.0表六：在不同透光率下的飽和光電流577nm光下-I/10A-6ASmoothed Y 214 -|12 -10 -8 -A .圖一:365nm光下光電管的伏

13、安Ua=-2.17V圖三：436nm光下光電管的伏安特性曲線Ua=-0.89V-I/10A-6ASmoothed Y1Ua=-0.72V圖五：546nm光下光電管的伏安特性曲線-I/10A-6ASmoothed Y15圖四：546nm光下光電管的伏安 特性曲線Ua=-0.22V10152025U/V-I/10A-6ASmoothed Y1Ua=-10.15V做Ulv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)行比擬.-系列1線性系列1151934h ek 3.00 101.60 10 J s 4.80 10 J sA 5.00 1014Hz6.63 4.80h% 27.60%6.63R 0.9961 / n 20.052k . r2340.54 10 J s342b、220.1、2.U 0.9974.8.10. u A (Kp ). O.052(3) J sp C '3因此普朗克常量的最終表達(dá)式為：h h U 0.9