光電效應(yīng)法測(cè)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(cè)普朗克常量實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律；2用光電效應(yīng)方法測(cè)量普朗克常量和測(cè)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?jī)H部分地以熱的形式被物體吸收，而另一部分則轉(zhuǎn)換為物體中某些電子的能量，使電子逸出物體表面，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(duì)認(rèn)識(shí)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821-1所示。1.光電誓的伏安特性曲拔光電流與入射光強(qiáng)度的關(guān)系光電流迅速減小。實(shí)驗(yàn)指出，有一個(gè)遏止電位差Ua存在，當(dāng)電位差達(dá)到這個(gè)值時(shí)，光電流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

2、定量值后，光電流達(dá)到飽U= Ua-Uk變成負(fù)值時(shí),和值和值Ih,飽和電流與光強(qiáng)成正比，而與入射光的頻率無關(guān)。當(dāng)為零。2.光電子的初動(dòng)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(dòng)能，在減速電壓下，光電子逆著電場(chǎng)力方向由K極向A極運(yùn)動(dòng)。當(dāng)U=Ua時(shí)，光電子不再能達(dá)到 A極，光電流為零。所以電子的初動(dòng)能等于它克服電場(chǎng)力作用的功。即1 2 mv = eUa2 a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(dòng)著的粒子流,(1)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(duì)應(yīng)光子的能量不同。光電子吸收了光子的能量hv之后，一部分消耗于克服電子

3、的逸出功A，另一部分轉(zhuǎn)換為電子動(dòng)能。由能量守恒定律可知hv 二-mv2 A2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(dòng)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)，不論用多強(qiáng)的光照射到物質(zhì)都不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，根A據(jù)式（2） , V0 = , v稱為紅限。h愛因斯坦光電效應(yīng)方程同時(shí)提供了測(cè)普朗克常量的一種方法：由式（1 ）和（2）可得：hv=eU0 A，當(dāng)用不同頻率（v, v, v，v）的單色光分別做光源時(shí)，就有hvi = eUi Ahv2 = eU 2 + AhVn =e5 +A任意聯(lián)立其中兩個(gè)方程就可得到匚 e（UUj

4、）h -（3）由此若測(cè)定了兩個(gè)不同頻率的單色光所對(duì)應(yīng)的遏止電位差即可算出普朗克常量h，也可由vU直線的斜率求出 ho因此，用光電效應(yīng)方法測(cè)量普朗克常量的關(guān)鍵在于獲得單色光、測(cè)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(zhǎng)/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)該具備下列條件：（1）對(duì)所有可見光譜都比較靈敏。（2）陽(yáng)極包圍陰極，這樣當(dāng)陽(yáng)極為負(fù)

5、電位時(shí)，大部分光電子仍能射到陽(yáng)極。（3）陽(yáng)極沒有光電效應(yīng)，不會(huì)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(yáng)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(cè)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)部分，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)遏止電位差的影響。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，可采用以下兩種方法：（1）交點(diǎn)法光電管陽(yáng)極用逸出

6、功較大的材料制作， 制作過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，減少其上濺射的陰極材料， 實(shí)驗(yàn)中避免入射光直接照射到陽(yáng)極上， 這樣可使 它的反向電流大大減少，其伏安特性曲線與圖 821-2十分接近，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(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)，如圖所示，此拐點(diǎn)的電位差即為遏止電位差。圖8,23-3存盛反向電腕的光 電管伏翌特性曲線實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律，并用光電效應(yīng)法測(cè)量普朗克常量。1. 在光電管入光

7、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卩丄，固定此距離，不需再變動(dòng)。2. 分別測(cè)365nm, 405nm,546nm,577nm的V-I特性曲線，從-3V到25V,拐點(diǎn)處測(cè)量盡量小。3. 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，加20V電壓，測(cè)量飽和光電流I m和照射光強(qiáng)度的關(guān)系，作出I m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)行比較。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理：U/V-3.00-2.00-1.40-1.30-1.25-1.21 -1.19-1.15-1.10-1.05-1.00I

8、/ L.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/ |戊0.50.60.81.62.95.07.69.210.111.311.9U/V10.012.515.017.020.022.025.0I/卩層12.012.312.312.512.712.812.9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/ |1 戊-0.1-0.1-0.1-0.1-0.10.00

9、.00.00.10.20.3U/V-0.64-0.52-0.33-0.100.000.300.500.981.391.712.00I/ |1 戊0.40.81.62.83.44.75.46.67.37.78.1U/V2.352.683.005.06.57.510.014.517.025.0I/廬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/片：-0.1-0.1-0.1-0.10.00.00.00.00.10.10.1U/V

10、-0.65-0.60-0.54-0.50-0.43-0.33-0.22-0.100.000.691.40I/ L.A0.20.30.40.50.81.21.82.53.05.97.3U/V1.701.902.302.603.005.07.510.015.020.025.0I/ 1哎7.78.08.48.68.99.69.910.010.210.310.5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.1-0.1-0.1-0.10.00.00.00.00.00.00.10.2U/V-0.

11、30-0.200.000.200.500.801.001.301.501.802.00I/ |戊0.81.42.43.44.55.35.86.46.77.17.4U/V2.402.603.005.07.09.011.013.515.020.025.0I/ 1戊7.98.18.29.49.89.910.110.210.310.410.5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/ fl/'.0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.10.2U/V-0.34-0.2

12、8-0.20-0.100.000.100.300.500.700.901.10I/ fl/'.0.30.50.81.21.62.02.62.93.33.63.8U/V1.401.702.002.303.005.07.012.519.020.025.0I/ L-.A4.14.34.64.85.05.45.55.75.85.85.8透光率表五：577nm光下電壓和光電流100%75%50%25%0%I/ X5.94.73.01.70.0表六：在不同透光率下的飽和光電流（577nm光下）UN101520UNUa=-0.89VI/10FA Smoothed Y12510 -6 -4 -II/1

13、0A-6A Smoothed Y110152025U/V圖二：405nm光下光電管的伏安 特性曲線圖三：436nm光下光電管的伏安 特性曲線10I/10A-6ASmoothed Y12 -IUa=-0.22V1015U/V2025I/10A-6ASmoothed Y1U/V圖四：546nm光下光電管的伏安 特性曲線圖五：546nm光下光電管的伏安 特性曲線*系列1線性（系列1）151934h=ek=3.00 101.60 10 J s =4.80 10 J s14A =5.00 10 Hz6.634.80心 h% =L =27.60%6.63R =0.996Skk12 -1 / n - 2 i； = 0.052U 0.997_34= 4.80 10(Kp CB)2、°.°522(3 0.1)2J3s = 0.54 104J s因此普朗