試驗(yàn)報(bào)告_光電效應(yīng)試驗(yàn)

1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：材料1 24班實(shí)驗(yàn)時(shí)間：10時(shí)0 0分第十一周 星期四座位號(hào)：28一、實(shí)驗(yàn)名稱：光電效應(yīng)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康茫??、通過(guò)實(shí)驗(yàn)深刻理解愛(ài)因斯坦得光電效應(yīng)理論，了解光電效應(yīng)得基本規(guī)律；2、掌握用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)研究得方法；3、學(xué)習(xí)對(duì)光電管伏安特性曲線得處理方法，并用以測(cè)定普朗克常數(shù).三、實(shí)驗(yàn)儀器：光電效應(yīng)測(cè)試儀、汞燈及電源、濾色片、光闌、光電管、測(cè)試儀四、實(shí)驗(yàn)原理：1、光電效應(yīng)與愛(ài)因斯坦方程用合適頻率得光照射在某些金屬表面上時(shí)，會(huì)有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象叫做 光電效應(yīng)，從金屬表面逸出得電子叫光電子。為了解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛(ài)因斯坦提出了 “光 量子”得概

2、念，認(rèn)為對(duì)于頻率為得光波，每個(gè)光子得能量為，其中h=6、626為普朗克常數(shù).按照愛(ài)因斯坦得理論，光電效應(yīng)得實(shí)質(zhì)就是當(dāng)光子與電子相碰撞時(shí)，光子把全部能量傳遞給電子，電子所獲得得能量，一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它得約束，其余得能量則成 為該光電子逸出金屬表面后得動(dòng)能。愛(ài)因斯坦提出了著名得光電方程：（1）式中，為入射光得頻率，為電子得質(zhì)量， 為光電子逸出金屬表面得初速度，為被光線照射 得金屬材料得逸出功，i/2mV為從金屬逸出得光電子得最大初動(dòng)能.由（1）式可見(jiàn)，入射到金屬表面得光頻率越高， 逸出得電子動(dòng)能必然也越大，所以即使 陰極不加電壓也會(huì)有光電子落入陽(yáng)極而形成光電流，甚至陽(yáng)極電位比陰極電位低時(shí)也

3、會(huì)有光電子落到陽(yáng)極，直至陽(yáng)極電位低于某一數(shù)值時(shí) ，所有光電子都不能到達(dá)陽(yáng)極，光電流才 為零.這個(gè)相對(duì)于陰極為負(fù)值得陽(yáng)極電位被稱為光電效應(yīng)得 截止電壓。顯2然，有euo-1 /2mv=0（2）代入上式即有（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)得最低頻率就是 o=W/h,通常稱為光電效應(yīng)得截止頻率.不同材料有不同得逸出功，因而 。也不同。由于光得強(qiáng)弱決定于光量子得數(shù)量，所以光電流與入射光得強(qiáng)度成正比。又因?yàn)橐粋€(gè)電子只能吸 收一個(gè)光子得能量，所以光電子獲得得能量與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，只與光子得頻率 成正比，將（3）式改寫(xiě)為上式表明, 截止電壓就是入射光頻率得線性函數(shù)，如圖2,當(dāng)

4、入射光得頻率=。時(shí)，截止電壓，沒(méi)有光電子逸出。圖中得直線得斜 率卜="e就是一個(gè)正得常數(shù)：(5)由此可見(jiàn)，只要用實(shí)驗(yàn)方法作出不同頻率下得 U0-曲線，并求出此曲線得斜率，就可以 通過(guò)式(5)求出普朗克常數(shù)。其中就是電子得電量.1.光電效應(yīng)得伏安特性曲線圖3就是利用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)得原理圖。頻率為、強(qiáng)度為得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與陽(yáng)極A之間加正向電壓，它使K、A之間 建立起得電場(chǎng)對(duì)從光電管陰極逸出得光電子起加速作用，隨著電壓得增加，到達(dá)陽(yáng)極得光電子將逐漸增多。當(dāng)正向電壓增加到時(shí)，光電流達(dá)到最大 ，不再增加，此時(shí)即稱為飽與狀 態(tài)，對(duì)應(yīng)得光電流即稱

5、為飽與光電流。由于光電子從陰極表面逸出時(shí)具有一定得初速度，所以當(dāng)兩極間電位差為零時(shí)，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(shí) 光電流為零.圖4入射光頻率不同得I -U曲線 圖5入射光強(qiáng)度不同得I-U曲線愛(ài)因斯坦方程就是在同種金屬做陰極與陽(yáng)極， 且陽(yáng)極很小得理想狀態(tài)下導(dǎo)出得。 實(shí)際 上做陰極得金屬逸出功比作陽(yáng)極得金屬逸出功小，所以實(shí)驗(yàn)中存在著如下問(wèn)題：暗電流與本底電流。當(dāng)光電管陰極沒(méi)有受到光線照射時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電子流 ，稱為暗電 流。它就是由電子得熱運(yùn)動(dòng)與光電管管殼漏電等原因造成得。 室內(nèi)各種漫反射光射入光電 管造成得光電流稱為本底電流.暗電流與本底電流

6、隨著K、 A之間電壓大小變化而變化.陽(yáng)極電流。制作光電管陰極時(shí)，陽(yáng)極上也會(huì)被濺射有陰極材料，所以光入射到陽(yáng)極 上或由陰極反射到陽(yáng)極上，陽(yáng)極上也有光電子發(fā)射，就形成陽(yáng)極電流.由于它們得存在，使 得實(shí)際IUtt線較理論曲線下移，如圖6。圖6伏安特性曲線由于暗電流就是由陰極得熱電子發(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，具值很小，且基本上隨電位差u呈線性變化，因此可忽略其對(duì)遏止電位差得影響。 陽(yáng)極反向電流雖然在實(shí)驗(yàn)中較顯著，但它服從一定規(guī)律.因此，確定遏止電位差值可采用以 下兩種方法：交點(diǎn)法光電管陽(yáng)極用逸出功較大得材料制作，制作過(guò)程中盡量防止陰極材料蒸發(fā)，實(shí)驗(yàn)前對(duì) 光電管陽(yáng)極通電，減

7、少其上濺射得陰極材料，實(shí)驗(yàn)中避免入射光直接照射到陽(yáng)極上，這樣 可使它得反向電流大大減少，其伏安特性曲線與圖 5十分接近，因此曲線與UW交點(diǎn)得電位 差值近似等于遏止電位差U0,此即本實(shí)驗(yàn)采用得交點(diǎn)法(或零電流法)。拐點(diǎn)法光電管陽(yáng)極反向電流雖然較大，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，若使反向光電流能較快地飽與，則伏 安特性曲線在反向電流進(jìn)入飽與段后有著明顯得拐點(diǎn) ，如圖6中虛線所示得理論曲線下移 . . . . . ' ' 一一為實(shí)線所示得實(shí)測(cè)曲線，遏止電位差U 0也下移到U 0點(diǎn).因此測(cè)出U 0點(diǎn)即測(cè)出了理論值Ubo五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：1、調(diào)整儀器(1 )連接儀器；接好電源，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，充分預(yù)熱

8、(不少于20分鐘).(2)在測(cè)量電路連接完畢后，沒(méi)有給測(cè)量信號(hào)時(shí)，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，取下汞燈出光窗口得遮光罩, 裝好遮光筒，調(diào)節(jié)好暗盒與汞燈距離。2、測(cè)量普朗克常數(shù)(1)將電壓選擇按鍵開(kāi)關(guān)置于-2+2 V檔，將“電流量程”選擇開(kāi)關(guān)置于 A檔。將測(cè) 試儀電流輸入電纜斷開(kāi)，調(diào)零后重新接上。(2)將直徑為4mm得光闌與3 65、0nm得濾色片裝在光電管電暗箱輸入口上.(3)從高到低調(diào)節(jié)電壓，用“零電流法”測(cè)量該波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)得，并數(shù)據(jù)記錄。(4)依次換上4 0 5 nm 436 nm 546nm 577n m得濾色片

9、，重復(fù)步驟(1)、( 2 )、( 3 )。(5 ) 測(cè)量三組數(shù)據(jù)，然后對(duì)h求平均值。3、測(cè)量光電管得伏案特性曲線：(1)暗盒光窗口裝3 65nm濾光片與4mli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(gè)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5 7 7 nm濾光片，仍用4mm得光闌，重復(fù)步驟(1)。(3)選擇合適得坐標(biāo)，分別作出兩種光闌下得光電管伏安特性曲線UI。4、探究飽與電流與光通量、光強(qiáng)得關(guān)系控制電壓U =30、0V,波長(zhǎng)為365nm L =400 n m時(shí)，記錄光闌孔分別為2、4、8時(shí) 得電流?？刂齐妷篣 =30、0V,波長(zhǎng)

10、為3 65 n m,光闌孔為2nm時(shí)，記錄距離L分別為30 0 nm 350nm 40 0 mm寸得電流.六、數(shù)據(jù)記錄與處理：表 U V關(guān)系波長(zhǎng)入(n m)3654頻率 V ( 1 014HZ)8、2147、4086、8 795、4905、1 96截止電壓U (V)1、815一 1、498-1 、 3030、732一0、603#10X Axis Title-2計(jì)算普朗克常量：當(dāng)利用不同頻率V得單色光分別作光源時(shí)，可以測(cè)出不同頻率下得遏止電位U a.作出U a與丫得曲線，測(cè)曲線得斜率K為K = h /e =U/v 便可求出普朗克常數(shù)h0K=U/v=0、401610 14h=ek= 1、1 6 0

11、210-19 0、40161014=6、43 3 10 34 J S表二 IUAk關(guān)系光闌孔：4mm波長(zhǎng)入：577nmUak(V)一2、0-0、301、02、03、04、05、06、07、08、09、0Uac (V)1、5-0、50123456789I (10 °A)62738 28 895uav）10I (10 10A)15波長(zhǎng)入:365nmI (10%1415161 8Uxk(V)1 0、11、1 2、14、01 6、1 8、20、22、24、022 8、30、00000006、000I (10-10A)1 92303132333 4光闌孔:4nm表二 I M 一-P關(guān)系Ik =3R 0V波長(zhǎng)入：365nm L =4 0 0nm光闌孔（nm）248I (101°A)672 17805表四I M L關(guān)系5鏟3 0、0V波長(zhǎng)入：365 nm光闌孔：2 nm距離L(mm)30 03504001(10 -10A)4 73022七、實(shí)