光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、引言應(yīng)。對于光電效應(yīng)的研究，使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到光的波粒二象性的本質(zhì)，促進(jìn)了光的量子理論的建立和近代物理學(xué)的發(fā)展現(xiàn)在觀點(diǎn)效應(yīng)以及基于其理論所制成的各種光學(xué)實(shí)光電效應(yīng)的各種實(shí)驗(yàn)規(guī)律，加深對光的粒子性的認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)原理PAKAV光電效應(yīng)原理圖1.光電效應(yīng)就是在光的照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子背光激發(fā)出來形成電流的現(xiàn)象；量子性則是源于電磁波的發(fā)射和吸收不連續(xù)而是一份一份地進(jìn)行，每一份能量稱之為一個(gè)能量子，等于普朗克常數(shù)乘以輻射電磁波的頻率，即E=h*fPAKAV光電效應(yīng)原理圖2.本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理圖如右圖所示，用光強(qiáng)度為P的單色光照射光電管陰極,陰極釋放出的電子在電源產(chǎn)生的電場的作用下加速向A移動(dòng)，在回路中形成光電流，光電效應(yīng)有以下實(shí)驗(yàn)規(guī)律；1)在光強(qiáng)P一定時(shí)隨著U的增大光電流逐漸增大到飽和飽和電與入射光強(qiáng)成正比。2)在光電管兩端加反向電壓是，光電流變小，在理想狀態(tài)下，光電流減小到零時(shí)說明電子無法打到A,此時(shí)2。3)改變?nèi)肷涔忸l率f時(shí)截止電壓o也隨之改變o與f成線性關(guān)系并且存在一個(gè)截止頻率只有當(dāng)o,對應(yīng)波長稱之為截止波長（紅限，截止頻率還與o有關(guān)。4)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程其中W為電子脫離金屬所需要的功，即逸出功，與2中方程聯(lián)立得：e–e。3.光闌光具組件中光學(xué)元件的邊緣框架或特別設(shè)置的帶孔屏障稱為光闌，光學(xué)系統(tǒng)中能夠限制成像大小或成像空間范圍的元件。簡單地說光闌就是控制光束通過多少的設(shè)備。主要用于調(diào)節(jié)通過的光束的強(qiáng)弱和照明范圍。三、實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)過實(shí)驗(yàn)裝置光電管、高壓汞燈（帶電源，光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀，導(dǎo)軌，濾色片（紫外m，紫m藍(lán)m綠546.1nm,黃（m;實(shí)驗(yàn)裝置的圖像已在預(yù)習(xí)報(bào)告中給出。實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)開始時(shí)開始把汞燈打開，用蓋子蓋好實(shí)驗(yàn)1數(shù)h;1)將4mm的光圈放在光電管的入射孔，放好577nm調(diào)為0V-2V——V于10^13檔，將測試儀電流輸入電纜線斷開，調(diào)零后重新接上；2)記錄此時(shí)的電流表示數(shù)為^-3，減小電壓發(fā)現(xiàn)此電壓略有變小在-1.9V時(shí)示數(shù)為量程不變,增大電壓到1.5V時(shí)電流表示數(shù)為-4；3)打開高壓汞燈的蓋子，發(fā)現(xiàn)電流為正，之后減小電壓至光電流為零，遮光后觀察此時(shí)電流表示數(shù)在-0.8-9跳動(dòng)，而后打開蓋子，減小電壓至電流表示數(shù)為-此時(shí)有無光電流表示數(shù)不變此時(shí)的電壓即為截止電壓。4) 更換不同波長的濾色片按照以上的方法測出相應(yīng)波長下的截止電壓并記錄；由數(shù)據(jù)擬合出截止電壓與入射光頻率的關(guān)系，并計(jì)算普朗克常量h。實(shí)驗(yàn)21)將電壓按鍵置于-2V—+2V檔選擇開關(guān)置于10-檔位，將測試儀電流輸入電纜線斷開，調(diào)零后重新接上。2)選用4mm的光闌及1的濾色片由于-2V+2V檔之間電流變化較快，故在此區(qū)間內(nèi)多去一些數(shù)據(jù)點(diǎn)（約V一個(gè)；測量至=-0.006V時(shí)由于更換電流表量程至10^-12A，故重新進(jìn)行調(diào)零；在V-2VV據(jù)點(diǎn)的間隔（3V一個(gè)；在V至10-11A次調(diào)零；3)依次記錄以上數(shù)據(jù)到表格中，并且描繪出其變化曲線實(shí)驗(yàn)3系;1)根據(jù)伏安特性曲線將電壓控制在5.0V合適的位置，更換光闌時(shí)不會(huì)造成電流表量程的改變，減少了改變量程要調(diào)零的麻煩；2)將電壓表量程置于-2VV，根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果將電流表量程調(diào)至10^11A，將測試儀電流輸入電纜線斷開，調(diào)零后重新接上。3)選取m5.0V射光的強(qiáng)度，并且記錄光闌口徑與對應(yīng)的光電流的值；擬合出口徑面積與光電流的關(guān)系圖像。實(shí)驗(yàn)41) 選取4mm的光闌，將電壓表量程置于-2V-V,電壓設(shè)于4.0V,表量程置于10^-A將測試儀電流輸入電纜線斷開調(diào)零后重新接上。2) 依次更換不同波長的濾光片記錄相應(yīng)濾光片下的光電流的大小根數(shù)據(jù)描出數(shù)據(jù)點(diǎn)，觀察入射光波長與光電流的關(guān)系。選做實(shí)驗(yàn)：闌4mm,濾光片m闌2mm片m驗(yàn)2中的測量記錄數(shù)據(jù)的方法，記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)并繪出其伏安特性曲線，并適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行對比四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)光闌：實(shí)驗(yàn)1：數(shù)光闌：序號(hào)波長（n）壓頻率（H）12345右圖即為Uo~f的擬合曲線，擬合方程Uo=4.23E-15*f+1.63,擬合系數(shù)為0.999，其中斜率的不確定度為6*E-1，截距的不確定度為0.04,對應(yīng)于愛斯坦方程Uo=(h/e)f-W/e得到h（6.77+-0.0）*10^-34。

V(U4 4 4 實(shí)驗(yàn)2及 f) 光光闌：光闌：m ：第2第0序號(hào)電壓（V）電流A）序號(hào)電壓V）電流（A）110^-1）2222332442552662772882993010311132（）12331334143515361637173818391940202）412142右圖即為光闌4mm光波長時(shí)光電管的伏安特性曲線，由圖表可知，在電壓由-2到-0.8左右之變化時(shí)光電流基本不變，而后到3V都成數(shù)快速上漲，從4V開始光電流的增長

A(I

0 0 0 光波長：m：逐漸變得緩慢到光波長：m：

U(V) 于平穩(wěn)；序光闌直徑光電流（）（mm^）號(hào)122438右圖為光闌面積與光電流的關(guān)系，光闌是控制光束通過多少的設(shè)備，故光束通過多少應(yīng)該與光闌面積成正比，以光闌面積來代替光強(qiáng)得到右圖所示(I關(guān)系，擬合方程為,得到的方程為(I=為2斜率不確定度為；實(shí)驗(yàn)：

0 0 0 0 0 S(mm^2)光闌：m序號(hào) 波長（n）1 5772 5463 4364 4055 365光電流（）A(I

A(nm)由上面的數(shù)據(jù)及散點(diǎn)圖發(fā)現(xiàn)光波長與光電流并沒有簡單的變化關(guān)系但總體趨勢隨著波長的增大，光電流先減小后增大，然后再減小。選做實(shí)驗(yàn)：本實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)二的內(nèi)容相同結(jié)果也都是先基本不變而后指數(shù)增長再增長減慢，最后趨于平穩(wěn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)表格都附于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的最后。五、討論和分實(shí)驗(yàn)1：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合分析測得普朗克常量h=（6.77+-0.06）*10^-34,較普朗克常量的實(shí)際值6.626*10^-34偏大，產(chǎn)生誤差主要有以下幾個(gè)原因：1)測量截止電壓時(shí)雖然采用了補(bǔ)償法能將系統(tǒng)誤差控制在一個(gè)較小的范圍，但是由于光電效應(yīng)測試儀本身示數(shù)在不停跳動(dòng)，在一定時(shí)間上很難穩(wěn)定下來，而且照射高壓汞燈后電流的最小值明顯低于無光時(shí)的本底電流及暗電流，這對于截止電壓的測量都會(huì)造成一定的困難。2)我的實(shí)驗(yàn)器材中與導(dǎo)軌配套的高壓汞燈損壞，故配的是無導(dǎo)軌的高壓汞燈，在測量各波長對應(yīng)的截止電壓時(shí)，由于汞燈和光電管的相對位置不能固定，所以個(gè)測量條件有略微不同，會(huì)對截止電壓的測量造成一定的影響。實(shí)驗(yàn)2：本實(shí)驗(yàn)所得的伏安特性曲線大致滿足其應(yīng)有的變化關(guān)系，剛開始時(shí)由于電壓增大，被加速打到A-2V——+2V,+2V——+30V變化趨勢前面那段增長快故需要多取點(diǎn)提高精度后面增長慢故取點(diǎn)間隔相對較大。有：1)在本實(shí)驗(yàn)中，光電流示數(shù)的跳動(dòng)尤為明顯都在當(dāng)時(shí)示數(shù)的正負(fù)5左右，所以讀數(shù)只能觀察一會(huì)兒取中間的數(shù)進(jìn)行讀取，這使得電流的讀數(shù)存在一定的問題。2)導(dǎo)軌的不存在對本實(shí)驗(yàn)的影響更要大一些，由于此實(shí)驗(yàn)要經(jīng)常更換量程，于是就要調(diào)零，調(diào)零就要碰到光電管，很容易使光電管位置發(fā)生移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)3：本實(shí)驗(yàn)中我們用光闌面積來衡量光的強(qiáng)度是存在問題的光的強(qiáng)度只與它本身的沒增大光強(qiáng)度；向A光電流也就相應(yīng)增大。當(dāng)然，雖然對于I~S的擬合度高達(dá)0.99992，但是由于實(shí)驗(yàn)中只行進(jìn)一步的驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)4：是隨著波長的增大而減??；在436nm的藍(lán)光處又增加的原因就在于高壓汞燈內(nèi)部藍(lán)光波長所占的比例較大所以436nm濾色片且藍(lán)光所占比重較大，導(dǎo)致了光電流隨著波長的增大，先減小后增大再減小的現(xiàn)象。選做實(shí)驗(yàn)：對比，大致得到如下結(jié)果：1)保持波長不變，改變光闌口徑時(shí)，光電管的伏安特性曲線的變化趨勢沒有發(fā)生變化，但是總體的伏安特性曲線的電流值相對較小，這與實(shí)驗(yàn)3中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相符合的；2)保持光闌口徑不變改變光波長至365nm得到的伏安特性曲線變化趨勢也大致相同，但是總體曲線相對來說比較平穩(wěn)，其增加階段的速率相對較?。桓倪M(jìn)建議：1)首先在利用補(bǔ)償法測量截止電壓時(shí)，可將實(shí)驗(yàn)速度放慢，多進(jìn)行幾次補(bǔ)償以提高截止電壓的測量精度；2)其次，對于實(shí)驗(yàn)儀器也應(yīng)該有一定的改進(jìn)：更換新的電纜線以方便調(diào)零；對于沒有導(dǎo)軌的實(shí)驗(yàn)器材應(yīng)該更新增加導(dǎo)軌；增加光闌的口徑數(shù)目以對口徑與光強(qiáng)的關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。3)若要定性分析光強(qiáng)度與光電流的關(guān)系可以在高壓汞燈剛打開時(shí)用調(diào)整好電壓光闌口徑，及濾色片波長，觀察此時(shí)光電流的變化情況；此時(shí)汞燈強(qiáng)度逐漸增加，可以看到光電流也逐漸變大。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合曲線計(jì)算得到的普朗克常量的值h=(6.77+-0.06）*10^-34,與實(shí)際值6.626*10^-34相差不大，基本驗(yàn)證了愛因斯坦方程的正確性；實(shí)驗(yàn)：隨著電壓的增大，光電流一直處于增加的狀態(tài)，先是基本不變，到達(dá)截止電壓也同樣驗(yàn)證了以上伏安特性曲線的變化趨勢；實(shí)驗(yàn)3光闌面積越大射入光電管的光也就越多，電流的關(guān)系，可以按照改進(jìn)建議中的3）來進(jìn)行觀察；實(shí)驗(yàn)：光電流隨光波長的先減小后增大再減小，經(jīng)分析得到的一個(gè)比較重要的結(jié)論就在436nm在各波長光強(qiáng)度相同的情況下，波長越長，光電流應(yīng)越小；選做實(shí)驗(yàn)而2mm光闌的則是光電流總體變小，但是變化趨勢與4mm光闌的相同。））第1第21序號(hào)電壓（V）光闌：電流A）：序號(hào)電壓V）電流（