光電效應(yīng)法測普朗克常量實(shí)驗(yàn)報告材料

標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)驗(yàn)題目：光電效應(yīng)法測普朗克常量實(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)方法測量普朗克常量和測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， 光的能量僅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)象對認(rèn)識光的本性，具有極其重要的意義。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理如圖 所示。1． 光電流與入射光強(qiáng)度的關(guān)系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定量值后，光電流達(dá)到飽和值和值 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) U=UA-UK變成負(fù)值時，光電流迅速減小。實(shí)驗(yàn)指出，有一個遏止電位差 Ua存在，當(dāng)電位差達(dá)到這個值時，光電流為零。2． 光電子的初動能與入射頻率之間的關(guān)系光電子從陰極逸出時，具有初動能，在減速電壓下，光電子逆著電場力方向由 K極向A極運(yùn)動。當(dāng) U=Ua時，光電子不再能達(dá)到 A極，光電流為零。所以電子的初動能等于它克服電場力作用的功。即1mv2 eUa （1）2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)動著的粒子流， 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，ν為光波的頻率。所以不同頻率的光波對應(yīng)光子的能量不同。光電子吸收了光子的能量 hν之后，一部分消耗于克服電子的逸出功A，另一部分轉(zhuǎn)換為電子動能。由能量守恒定律可知hv 1mv2 A （2）2實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔式（2）稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程。由此可見，光電子的初動能與入射光頻率 ν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vv0時，不論用多強(qiáng)的光照射到物質(zhì)都不會產(chǎn)生光電效應(yīng)，根據(jù)式（2），v0A，ν0稱為紅限。h愛因斯坦光電效應(yīng)方程同時提供了測普朗克常量的一種方法：由式（1）和（2）可得：hveU0A，當(dāng)用不同頻率（ν1，ν，ν，23?，ν）的單色光分別做光源時，就有nhv1eU1Ahv2eU2A????hvn eUn A任意聯(lián)立其中兩個方程就可得到e(Ui Uj)h （3）vi vj由此若測定了兩個不同頻率的單色光所對應(yīng)的遏止電位差即可算出普朗克常量 h，也可由ν-U直線的斜率求出 h。因此，用光電效應(yīng)方法測量普朗克常量的關(guān)鍵在于獲得單色光、 測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/nm頻率/1014Hz顏色579.05.179黃577.05.黃546.15.492綠435.86.882藍(lán)404.77.410紫365.08.216近紫外實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔為了獲得準(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）對所有可見光譜都比較靈敏。2）陽極包圍陰極，這樣當(dāng)陽極為負(fù)電位時，大部分光電子仍能射到陽極。3）陽極沒有光電效應(yīng)，不會產(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。 由于存在陽極光電效應(yīng)所引起的反向電流和暗電流（即無光照射時的電流） ，所以測得的電流值，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，因此可忽略其對遏止電位差的影響。陽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)法光電管陽極用逸出功較大的材料制作， 制作過程中盡量防止陰極材料蒸發(fā)， 實(shí)驗(yàn)前對光電管陽極通電，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 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)法光電管陽極反向光電流雖然較大， 但在結(jié)構(gòu)設(shè)計上， 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。實(shí)驗(yàn)容：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律，并用光電效應(yīng)法測量普朗克常量。1. 在光電管入光口裝上 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錯誤!未找到引用源。，固定此距離，不需再變動。分別測365nm，405nm,546nm,577nm的V-I特性曲線，從-3V到25V，拐點(diǎn)處測量盡量小。3.裝上577nm濾色片,在光源窗口分別裝上透光率為25%,50%,75%的遮光片,加20V電壓,測量飽和光電流Im和照射光強(qiáng)度的關(guān)系,作出Im～光強(qiáng)曲線。4.做Ua—V關(guān)系曲線，計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/錯誤!-0.3-0.2-0.10.00.00.00.10.10.20.30.4未找到引用源。U/V-0.95-0.90-0.80-0.50-0.200.201.002.003.005.08.0I/錯誤!未找到引0.50.60.81.62.95.07.69.210.111.311.9用源。U/V10.012.515.017.020.022.025.0I/錯誤!未找到引12.012.312.312.512.712.812.9用源。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/錯誤!未找到引-0.1-0.1-0.1-0.1-0.10.00.00.00.10.20.3用源。U/V-0.64-0.52-0.33-0.100.000.300.500.981.391.712.00I/錯誤!未找到引0.40.81.62.83.44.75.46.67.37.78.1用源。U/V2.352.683.005.06.57.510.014.517.025.0I/錯誤!未找到引8.48.68.79.49.69.79.910.010.110.3用源。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/錯誤!未找到引用-0.1-0.1-0.1-0.10.00.00.00.00.10.10.1源。U/V-0.65-0.60-0.54-0.50-0.43-0.33-0.22-0.100.000.691.40實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔I/錯誤!未找到引用0.20.30.40.50.81.21.82.53.05.97.3源。U/V1.701.902.302.603.005.07.510.015.020.025.0I/錯誤!未找到引用7.78.08.48.68.99.69.910.010.210.310.5源。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/錯誤!未找到引用-0.1-0.1-0.10.00.00.00.00.00.00.10.2源。U/V-0.30-0.200.000.200.500.801.001.301.501.802.00I/錯誤!未找到引用0.81.42.43.44.55.35.86.46.77.17.4源。U/V2.402.603.005.07.09.011.013.515.020.025.0I/錯誤!未找到引用7.98.18.29.49.89.910.110.210.310.410.5源。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/錯誤!未找到引0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.10.2用源。U/V-0.34-0.28-0.20-0.100.000.100.300.500.700.901.10I/錯誤!未找到引0.30.50.81.21.62.02.62.93.33.63.8用源。U/V1.401.702.002.303.005.07.012.519.020.025.0I/錯誤!未找到引4.14.34.64.85.05.45.55.75.85.85.8用源。表五：577nm光下電壓和光電流透光率100%75%50%25%0%I/錯誤!未找到引5.94.73.01.70.0用源。表六：在不同透光率下的飽和光電流（577nm光下）I/10^-6A14SmoothedY2實(shí)用大全1210標(biāo)準(zhǔn)文檔Ua=-1.17VI/10^-6ASmoothedY1A6-^01/I

10864200 5 10 15 20 25

圖二：405nm光下光電管的伏安特性曲線U/VUa=-0.89VI/10^-6ASmoothedY110實(shí)用大全86標(biāo)準(zhǔn)文檔Ua=-0.72VA6-^01/I

I/10^-6ASmoothedY11086圖四：546nm光下光電管的伏安特性曲線4200 5 10 15 20 25U/VUa=-0.22VI/10^-6A6SmoothedY1實(shí)用大全4圖五：546nm光下光電管的伏安A 特性曲線6標(biāo)準(zhǔn)文檔Ua=-0.15V做Ua—v關(guān)系曲線，計算紅限頻率和普朗克常數(shù)h,與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。8.50E+14y=3E+14x+5E+148.00E+14R2=0.99937.50E+147.00E+14系列16.50E+14線性(系列1)6.00E+145.50E+145.00E+140.10.30.50.70.91.11.3hek3.0010151.601019Js4.801034JsA5.001014Hzh%6.634.8027.60%6.63R0.996sk11/n20.052kr2U0.9974.801034uA2(KpB)20.0522(30.1)2Js0.541034JsC3因此普朗克常量的最終表達(dá)式為