光電效應物理實驗報告VIP

1、光電效應實驗目的：(1) 了解光電效應的規(guī)律，加深對光的量子性的理解(2) 測量普朗克常量h。實驗儀器：ZKY-GD-4 光電效應實驗儀1 微電流放大器 2 光電管工作電源3 光電管 4 濾色片5 汞燈實驗原理：原理圖如右圖所示：入射光照射到光電管陰極K上，產生的光電子在電場的作用下向陽極A遷移形成光電流。改變外加電壓VAK，測量出光電流I的大小，即可得出光電管得伏安特性曲線。1）對于某一頻率，光電效應I-VAK關系如圖所示。從圖中可見，對于一定頻率，有一電壓V0，當VAKV0時，電流為0，這個電壓V0叫做截止電壓。2)當VAKV0后，電流I迅速增大，然后趨于飽和，飽和光電流IM的大小與入射光

2、的強度成正比。3）對于不同頻率的光來說，其截止頻率的數值不同，如右圖：4) 對于截止頻率V0與頻率的關系圖如下所示。V0與成正比關系。當入射光的頻率低于某極限值0時，不論發(fā)光強度如何大、照射時間如何長，都沒有光電流產生。5）光電流效應是瞬時效應。即使光電流的發(fā)光強度非常微弱，只要頻率大于0，在開始照射后立即就要光電子產生，所經過的時間之多為10-9s的數量級。實驗內容及測量：1 將4mm的光闌及365nm的濾光片祖昂在光電管暗箱光輸入口上，打開汞燈遮光蓋。從低到高調節(jié)電壓（絕對值減小），觀察電流值的變化，尋找電流為零時對應的VAK值，以其絕對值作為該波長對應的V0值，測量數據如下：波長/nm3

3、65404.7435.8546.1577頻率/×1014Hz8.2147.4086.8975.495.196截止電壓/V1.6791.3351.1070.5570.434頻率和截止電壓的變化關系如圖所示：由圖可知：直線的方程是:y=0.4098x-1.6988 所以: h/e=0.4098×10-14 , h=1.6×10-19×0.4098×10-14=6.5568×10-34J·s 當y=0，即V0=0V時，=1.6988÷0.4098=4.1454×1014Hz ，即該金屬的截止頻率為4.1454&

4、#215;1014Hz。也就是說，如果入射光如果頻率低于上值時，不管光強多大也不能產生光電流；頻率高于上值，就可以產生光電流。根據線性回歸理論：k=vV0-vV0v2-v2可得：k=0.40975，與EXCEL給出的直線斜率相同。我們知道普朗克常量h0=6.626×10-34Js, 所以，相對誤差：E=h-h0h0=-0.010442 測量光電管的伏安特性曲線1） 用435.8nm的濾色片和4mm的光闌實驗數據如下表所示：435.8nm 4mm光闌 I-VAK的關系VAKIVAKIVAKIVAKIVAKIVAKI0.040 1.90.858 4.22.300 9.36.600 19.

5、512.000 27.322.000 35.80.089 2.10.935 4.42.500 106.800 19.912.500 27.722.700 36.20.151 2.31.096 4.92.700 10.67.200 20.513.000 28.324.100 370.211 2.41.208 5.32.900 11.17.800 21.514.200 29.425.700 37.90.340 2.71.325 5.63.200 128.700 2315.000 30.126.800 38.30.395 2.91.468 6.13.800 13.99.100 23.616.100

6、31.127.500 38.70.470 3.11.637 6.74.200 14.89.800 24.616.600 31.629.500 39.50.561 3.31.779 7.24.900 16.410.200 25.117.500 32.330.900 40.10.656 3.61.930 7.85.400 17.410.700 25.818.600 330.725 3.82.000 8.36.100 18.711.100 26.319.600 33.72） 用546.1nm的濾光片和4mm的光闌數據如下表所示：546.1nm 4mm光闌 I-VAK的關系VAKIVAKIVAKIVA

7、KI0.3 1.3 5.9 9.1 13.2 13.0 23.8 15.9 1.0 2.6 6.8 9.8 14.1 13.3 25.3 16.1 1.4 3.4 7.6 10.4 15.1 13.7 26.4 16.5 1.8 4.1 8.2 10.8 16.1 14.0 27.2 16.6 2.2 4.9 8.8 11.1 17.1 14.2 28.0 16.7 2.8 5.7 9.8 11.6 17.8 14.4 28.9 16.7 3.2 6.3 10.0 11.9 18.9 14.7 29.7 16.8 3.9 7.1 11.4 12.3 19.7 14.9 30.7 16.9 4.

8、3 7.6 12.1 12.6 20.1 15.0 31.2 17.0 4.9 8.2 12.7 12.9 20.9 15.2 作兩種情況下，光電管得伏安特性曲線：由上圖可知：1） 光電流隨管壓降的增大而逐漸增大。在增大的過程中，增長速度由快變慢最終達到飽和。這一點在546.1nm的伏安特性中可以清楚地看出。2） 當管壓降相同時，比較兩個不同波長的光電流可以發(fā)現(xiàn)：波長長的，即頻率小的（546.1nm）光電流小；波長短的，即頻率大的（435.8nm）光電流大。這也間接證明了愛因斯坦的光電流方程：h=12mv02+A。對于同一種金屬，溢出功A相等，頻率高的就能得到更大的動能來克服金屬的束縛，從而形

9、成更大的光電流。3. 保持管壓降VAK=30.0V不變，調整光闌的直徑，分別為：2mm, 4mm, 8mm。測量對應的電流如下：光闌孔直徑mm248435.8nm I/×10-10A8.836.8108.9546.1nm I/×10-10A3.915.946.5作出兩種不同波長的光電流隨光強的變化圖，如下：我們可以看出：1） 同一種波長下，光電流隨光闌直徑的增大而增大。由于數據點有限，不能表明光闌面積（即光強的大小）同光電流的具體關系，是否是線性的，也就無從得知。所畫出的圖形如下：2） 不同波長下，若光闌直徑相等，即光強相同，光的頻率越大，光電流越大；并且，頻率大的光變化也

10、快。在光強較弱時，不同的光產生的光電流大小相差無幾，但當光強變大后，兩者差距逐漸變大。4 在VAK=30.0V的情況下，保證光闌直徑為8mm，測量兩種光強下，光電流與入射距離的變化關系如下表和下圖所示：入射距離L4038363433I/×10-10A117.1133.3146.8174.3184入射距離L4039383736353433I/×10-10A42.34445.549.757.259.466.674.1入射距離增大，光強勢必會減小，由圖可知，光電流變小，這樣的結論和以上改變光闌直徑所得結論相一致。對于不同的光波，頻率大的光在相同的光強條件下，獲得的光電流較大。實驗總結：1） 實驗中改變入射距離處誤差最大，所以只能做定性分析，不能用于定量計算。2） 通