光電效應(yīng)法測普朗克常量-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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(shí)，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(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8.2.1-1所示。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(shí)，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)，光電流為零。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)能等于它克服電場力作用的功。即（1）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，這些光粒子稱為光子。每一光子的能量為，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(dòng)能。由能量守恒定律可知（2）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ν呈線性關(guān)系，而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。光電效應(yīng)有光電存在實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)光的頻率時(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)，根據(jù)式（2），，ν0稱為紅限。愛因斯坦光電效應(yīng)方程同時(shí)提供了測普朗克常量的一種方法：由式（1）和（2）可得：，當(dāng)用不同頻率（ν1，ν2，ν3，…，νn）的單色光分別做光源時(shí)，就有…………任意聯(lián)立其中兩個(gè)方程就可得到（3）由此若測定了兩個(gè)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顏色黃黃綠藍(lán)紫近紫外為了獲得準(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：對所有可見光譜都比較靈敏。陽極包圍陰極，這樣當(dāng)陽極為負(fù)電位時(shí)，大部分光電子仍能射到陽極。陽極沒有光電效應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生反向電流。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(shí)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(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：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8.2.1-2十分接近，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。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(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8.2.1-3所示，此拐點(diǎn)的電位差即為遏止電位差。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μA2.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(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/VI/μU/VI/μU/VI/μ表一：365nm光下電壓和光電流U/VI/μU/VI/μU/VI/μ表二：405nm光下電壓和光電流U/VI/μU/VI/μU/VI/μ表三：436nm光下電壓和光電流U/VI/μU/VI/μU/VI/μ表四：546nm光下電壓和光電流U/VI/μU/VI/μU/VI/μ表五：577nm光下電壓和光電流透光率100%75%50%25%0%I/μ表六：在不同透光率下的飽和光電流（577nm光下）圖一：365nm光下光電管的伏安特性曲線圖一：365nm光下光電管的伏安特性曲線Ua=圖二：405nm光下光電管的伏安特性曲線圖二：405nm光下光電管的伏安特性曲線Ua=圖三：436nm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Ua=圖四：546nm光下光電管的伏安特性曲線圖四：546nm光下光電管的伏安特性曲線Ua=圖五：546nm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Ua=做Ua