2020年高中物理競賽實(shí)驗(yàn)講義大全—10光電效應(yīng)測定普郎克常數(shù)教案設(shè)計(jì)

1、2020 高中物理競賽講義蘇州中學(xué)競賽講義 10光電效應(yīng)測定普郎克常數(shù)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律，驗(yàn)證愛因斯坦光電效應(yīng)方程。2.掌握用光電效應(yīng)法測定普朗克常數(shù)h?！緦?shí)驗(yàn)原理】光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)示意圖如圖所示，圖中GD是光電管，K是光電管陰極，A為光電管陽極，G為微電流計(jì)，V為電壓表，E為電源，R為滑線變 阻器，調(diào)節(jié)R可以得到實(shí)驗(yàn)所需要的 加速電位 差UAK。光電管的A、K之間可獲得從 一U到0再到十U連續(xù)變化的電壓。實(shí)驗(yàn)時(shí)用的單色光是從低壓汞燈光譜中用干涉濾色片過濾得到的，其波長分別為365nm、405nm、436nm、546nm、577nm。無光照陰極時(shí)，由于陽極和陰極是斷路的，所以

2、G中無電流通過。用光照射陰極時(shí)，由于陰極釋放出電子而形成陰極光電流（簡 稱陰極電流）。加速電位差UAK越大，陰極電流越大，當(dāng)UAK增加到一定數(shù)值后，陰極電流不再增大而達(dá)到某一飽和值，它的大小與照射光的強(qiáng)度成正比（如圖所示）。加速電位差UAK為負(fù)值時(shí)，陰極電流會(huì)迅速減少，當(dāng)加速電位差UAK負(fù)到一定數(shù)值時(shí)，陰極電流變?yōu)?，示。光電子從陰極逸出時(shí)具有初動(dòng)能，其最強(qiáng)度無關(guān)，只是隨著頻率的增大而增大。Ua的關(guān)系可用愛因斯坦方程表示如下:,hWUae e此式表明截止電壓Ua是頻率 的線形函數(shù)，直線斜率K=h/e，實(shí)驗(yàn)時(shí)用不同頻率的單色光（i、2、3、4、與此對(duì)應(yīng)的電位差稱為截止電位差。這一電位差用Ua來表

3、大值等于它反抗電場力所做的功，即: AS因?yàn)閁a 所示初動(dòng)能大小與光的45）照射陰極， 測出相對(duì)應(yīng)的截止電位差 （Ua1、Ua2、Ua3、Ua4、Ua5），然后作出Ua 圖，由此圖的斜率即可以求出h。本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是正確確定截止電位差，作出Ua 圖。截止電位差的確定：對(duì)于不同的光電管應(yīng)該根據(jù)其電流特性曲線的不同采 用不同的方法來確定其截止電位差。 假如光電流特性的正向 電流上升得很快，反向電流很小，則可以用光電流特性曲線 與暗電流特性曲線交點(diǎn)的電位差近似地當(dāng)作截止電位差Ua（交點(diǎn)法）。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1.測試前準(zhǔn)備（1）儀器連接將測試儀及汞燈電源接通（蓋上光電管暗箱遮光蓋） ， 預(yù)熱20min。調(diào)整

4、光電管與汞燈距離為約40cm并保持不變。 將“電流量程”選擇開關(guān)置于所選檔位，進(jìn)行測試前調(diào)零。并將示波器調(diào)節(jié)好，使其進(jìn)入測試狀態(tài)。（2）示波器的連接與設(shè)置a.將實(shí)驗(yàn)儀的信號(hào)輸出端、同步輸出端分別接在示波器CH1和EXT.TRIG端；開啟電源，5s鐘后，示波器顯示屏 出現(xiàn)CH1的五個(gè)菜單，設(shè)置“耦合”為交流,“帶寬限制” 為關(guān)閉， “檔位調(diào)節(jié)”為粗調(diào)，“控頭”為1X，“反向” 為關(guān)閉。b.調(diào)節(jié)垂直SCALE旋鈕，使顯示屏左下角指示CH1通道 靈敏度約為200mV-500mV/div。c.調(diào)節(jié)水平SCALE旋鈕，使顯示屏右下角指示Time約為20（1 sd.待信號(hào)輸入（測試開始）調(diào)節(jié)垂直POSIT

5、ION旋鈕，使 波形居中。e.待信號(hào)輸入 （測試開始） 后，微調(diào)觸發(fā)電平LEVEL旋鈕， 使波形清晰、穩(wěn)定。2測普朗克常數(shù)h測量截止電壓時(shí)， “伏安特性測試截止電壓測試”狀 態(tài)鍵應(yīng)為截止電壓測試狀態(tài)。 “電流量程”開關(guān)應(yīng)處于10-13 A擋。（1）手動(dòng)測量使“手動(dòng)自動(dòng)”模式鍵處于手動(dòng)模式。將直徑4mm的光闌及365.0nm的濾色片裝在光電管暗 箱光輸入口上，打開汞燈遮光蓋。按步長為0.01V調(diào)節(jié)電壓 （從-2V到0V），觀察電流值的變化，尋找電流為零時(shí)對(duì)應(yīng) 點(diǎn)，以其絕對(duì)值作為該波長對(duì)應(yīng)的Ua的值， 并將數(shù)據(jù)記下 來。 依次換上404.7 nm、435.8 nm、546.1nm、577.0nm的

6、 濾色片，重復(fù)以上測量步驟。（2）自動(dòng)測量將“手動(dòng)/自動(dòng)”模式鍵切換到自動(dòng)模式。 此時(shí)電流表左邊的指示燈閃爍， 表示系統(tǒng)處于自動(dòng)測量 掃描范圍設(shè)置狀態(tài)， 用電壓調(diào)節(jié)鍵可設(shè)置掃描起始和終止電 壓。對(duì)各條譜線，我們建議掃描范圍大致設(shè)置為：365nm，-1.901.50V;405nm, -1.6001.20V;436nm,-1.350.95V;546nm, -0.800.40V;577nm, -0.65 -0.25V。測試儀設(shè)有5個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)可存儲(chǔ)500組數(shù)據(jù)，并有指示燈表示其狀態(tài)。燈亮表示該存儲(chǔ)區(qū)已 存有數(shù)據(jù)，燈不亮為空存儲(chǔ)區(qū)，燈閃爍表示系統(tǒng)預(yù)選的或正 在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)。（3）測光電管的伏安特性曲線此時(shí),“伏安特性測試截止電壓測試”狀態(tài)鍵應(yīng)為伏 安特性測試狀態(tài)?！半娏髁砍獭遍_關(guān)應(yīng)撥至10-10 A擋，并 重新調(diào)零。 將直徑4mm的光闌及所選譜線的濾色片裝在光 電管暗箱光輸入口上。 測伏安特性曲線可選用“手動(dòng)/自動(dòng)” 兩種模式之一，測量的最大范圍為-l50V，自動(dòng)測量時(shí) 步長為1V，儀器功能及使用方法如前所述。1可同時(shí)觀察5條譜線在同一光闌、 同一距離下伏安飽和特 性曲線。2可同時(shí)觀察某條譜線在不同距離（即不同光強(qiáng)）