光電效應(yīng)與普朗克常數(shù)測量

1、光電效應(yīng)與普朗克常數(shù)測量實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠霉怆娦?yīng)法測定普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)一束入射光照射在金屬表面上時(shí)，金屬內(nèi)部的電子會(huì)從表面逸出。我們稱這一物理現(xiàn)象為光電效應(yīng)，逸出的電子稱為光電子，由它形成的電流稱為光電流。ILl圖1光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理圖1 卜111測量普朗克常數(shù)的實(shí)驗(yàn)原理圖見1，頻率為的光照射到光電管陰極上，即有光電子從陰 極逸出，形成光電流。當(dāng)陽極A加正電勢時(shí)，陰極釋放的光電子加速向陽極A運(yùn)動(dòng)，若陽極 A加負(fù)電勢陰極K加正電勢光電子減速。一飽和電流強(qiáng)度Im與光強(qiáng)P成正比入射光頻率一定時(shí)，光電流隨兩級電壓增大而增大。當(dāng)電壓U增加到使所有光電子到達(dá)陽極 的定值時(shí)，光電流不再增加，達(dá)到飽和值Im。Im

2、與光強(qiáng)P成正比。同理電壓U減小到負(fù)值 時(shí)，部分動(dòng)能大于eU的電子可到達(dá)陽極且被吸收。光電流減小。反向電壓U達(dá)到Ua，使具 最大動(dòng)能光電子被阻擋時(shí)I=0, Ua為截止電壓亦稱遏止電壓。二光電子的初動(dòng)能與入射光的頻率u成正比，與光強(qiáng)無關(guān)不同材料有不同的逸出功，因而為也不同。由于光的強(qiáng)弱決定于光量子的數(shù)量，所以光電 流與入射光的強(qiáng)度成正比。又因?yàn)橐粋€(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量，所以光電子獲得的能 量與光強(qiáng)無關(guān)部=迅+矩由上式可知，若光電子能量2麻，則不能產(chǎn)生光電子。產(chǎn)w生光電效應(yīng)的最低頻率是 k ，通常稱為光電效應(yīng)的截止頻率。三光電效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)，一旦有光照射立即產(chǎn)生光電子 TOC o 1-5 h

3、z U Nu 0時(shí)，有加V2二hv -W0攻為普朗克常數(shù)，它的公認(rèn)值是血=6.626 *1-并v為入射光頻率。wo為受光照射金 屬表面逸出功加V2二eUa(2) HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 由(1)(2)得 eUa=加V2= hv -W Ua=hv /e-wo/上式表明，截止電壓Ua是入射光頻率v的線性函數(shù)，如圖2,當(dāng)入射光的頻率U -0k=時(shí)，截止電壓0-，沒有光電子逸出。圖中的直線的斜率?是一個(gè)正的常數(shù)：h=fsk(4)由此可見，只要用實(shí)驗(yàn)方法作出不同頻率下的口 一曲線，并求出此曲線的斜率，就可以 通過式(4)求出普朗克常數(shù)龍。其中日=

4、 1.60 x10一卬C是電子的電量。圖2 Uo-v直線實(shí)際上的U-I特性曲線比較復(fù)雜，以為光電管在實(shí)驗(yàn)中存在附加兩個(gè)反向電流陽極A反向 光電子發(fā)射電流光電管暗電流圖3實(shí)際伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)器材ZKYGD4智能光電效應(yīng)（普朗克常數(shù)）測試儀。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求1必做內(nèi)容一測普朗克常數(shù)2選作內(nèi)容一測光電管的伏安特性曲線數(shù)據(jù)記錄與處理把電流調(diào)到10-曲，調(diào)試儀器得到電流電壓關(guān)系表1U/AI/10-13A，U/VI/10-13A，U/VI/10-13A，-1.9-20-1.6-11.8-1.35-20-1.86-13.56-1.56-11.08-1.31-18.2-1.82-9.26-1.52-10.4-1

5、.27-12.84-1.78-4.39-1.48-9.08-1.23-5.69-1.743-1.44-7.72-1.194.69-1.4-5.54-1.1518.94-1.36-2.83-1.1120-1.320.74-1.0720-1.285.18-1.0320-1.2410.95-0.9920-1.218.63-0.9520U/VI/10-13A，U/VI/10-13A，-0.8-20-0.65-20-0.76-20-0.61-20-0.72-19.62-0.57-20-0.68-13.59-0.53-9.56-0.64-1.76-0.497.1-0.618.6-0.4520-0.5620

6、-0.4120-0.5220-0.3720-0.4820-0.3320-0.4420-0.2920-0.420-0.2520程為10-13A由圖1可得截止電壓Ua電流量計(jì)算普朗克常數(shù)h表2Ua-v關(guān)系測量數(shù)據(jù)記錄表波長入i/nm365404.7435.8546.1577頻率 v (X 1014Hz)8.2147.4086.8795.495.196截止電壓Uai/V-1.754-1.33-1.209-0.638-0.506h= | eXk | =1.602X 10-19X0.4012X10-14=6.427X 10-34相對誤差E=(h0-h)h=(6.626-6.427) 96.626=3%實(shí)

7、驗(yàn)所測結(jié)果與理論值存在一定偏差 誤差來源：1實(shí)驗(yàn)儀器本身的誤差；2自動(dòng)測量時(shí)鼠標(biāo)確定的Ua點(diǎn)不夠準(zhǔn)確總體來說，實(shí)驗(yàn)測得的普朗克常數(shù)h還是比較準(zhǔn)確的。表3不同光強(qiáng)下伏安特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)表(入=365nm)U/VI(=2mm)/10-10AI2(0 =4mm)/10-10AI3(0 =8mm)/10-10A-10.020.060.2200.050.170.6610.090.31.2320.120.441.7630.150.532.140.170.62.450.180.642.72100.291.074.71150.411.566.71200.521.998.69250.622.469.87300.72

8、.6410.82350.762.912.14400.783.2212.84450.843.2413.12500.873.3313.352不同光闌下，同一譜線，同一入射距離，光電流隨入射光強(qiáng)增大而增大。思考與討論1、測量到的光電流是否完全是光電效應(yīng)概念中的光電流？它還受到哪些因素的影響？ 答：不完全是。實(shí)測的光電流是陽極正向光電流，陽極反方向光電流和反向暗電流的疊加， 故陰極材料會(huì)影響到測量值。2、如何減小截止電壓的測量誤差？答：（1）用自動(dòng)測量法。（2）減小日光燈強(qiáng)度。3、實(shí)驗(yàn)過程中若改變了光源與光電關(guān)間的距離，會(huì)產(chǎn)生什么影響？答：改變二者距離相當(dāng)于改變了光強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)不準(zhǔn)確。4、光電管一般用逸出功小的金屬做陰極，用逸出功大的金屬做陽極，為什么？答：為了減小陽極反向電流和光電管暗電流，使突測電流趨向于理論光電流。5、用光電效應(yīng)是如何驗(yàn)證光量子理論的？答：由光電方程mv2=hv -W0 （u mu 0）可知E=hv實(shí)驗(yàn)心得1通過本次實(shí)驗(yàn)，我掌握了用光電效應(yīng)測定普朗克常數(shù)的原理和方法。進(jìn)一步鞏固了這一塊 的光學(xué)知識，加深了對愛因斯坦光電方程的理解。2本次實(shí)驗(yàn)老師別出心裁，讓我們完全自主實(shí)驗(yàn)，這鍛煉了我的動(dòng)腦能力和動(dòng)手能力。3實(shí)驗(yàn)過程中