光电效应和普朗克常量的测定实验报告.docx
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光电效应和普朗克常量的测定实验报告
光电效应和普朗克常量的测定之迟辟智美创作
创立人：
系统管理员 总分：
100
实验目的
了解光电效应的基本规律，学会用光电效应法测普朗克常量；测定并画出光电管的光电特性曲线.
实验仪器
水银灯、滤光片、遮光片、光电管、光电效应参数测试仪.
实验原理
光电效应：
当光照射在物体上时，光子的能量一部份以热的形式被物体吸收，另一部份则转换为物体中一些电子的能量，是部份电子逃逸出物体概况.这种现象称为光电效应.爱因斯坦曾凭借其对光电效应的研究获得诺贝尔奖.在光电效应现象中，光展示其粒子性.光电效应装置：
S为真空光电管.内有电极板，A、K极板分别为阳极和阴极.G为检流计（或灵敏电流表）.无光照时，光电管内部断路，G中没有电流通过.U为电压表，丈量光电管端电压.由于光电管相当于阻值很年夜的“电阻”，与其相比之下检流计的内阻基本忽略.故检流计采纳“内接法”.
用一波长较短（光子能量较年夜）的单色光束照射阴极板，会逸出光电子.在电源发生的加速电场作用下向A级定向移动，形成光电流.显然，如依照图中连接方式，U越年夜时，光电流I势必越年夜.于是，我们可以作出光电管的伏安特性曲线，U=I曲线关系年夜致如下图：
随着U的增年夜，I逐渐增加到饱和电流值IH.另一方面，随着U的反向增年夜，当增年夜到一个遏制电位差Ua时，I恰好为零.此时电子的动能在达到A板时恰好耗尽.光电子在从阴极逸出时具有初动能
，当U=Ua时，此初动能恰好即是其克服电场力所做的功.即：
根据爱因斯坦的假设，每粒光子有能量
.式中h为普朗克常量，
为入射光波频率.物体概况的电子吸收了这个能量后，一部份消耗在克服物体固有的逸出功A上，另一部份则转化为电子的动能，让其能够离开物体概况，成为光电子.于是我们获得爱因斯坦的光电效应方程：
由此可知，光电子的初动能与入射光频率成线性关系，而与光强度无关.（光强度只对单元时间内逸出物体概况的光电子的个数发生影响）光电效应的光电阈值：
红限：
当入射光频率
低于某一值
时，无论用多强的光照都不会发生光电效应.由光电效应方程易得这个频率
，称为红限.丈量普朗克常量的方法：
用光波频率为
的单色光照射阴极板，丈量其遏制电位差Ua.于是有：
所以：
这标明了截止电压
和光波频率
成正比.实验中获得单色光的方法：
使用水银灯发出稳定白光作为光源，再使用分歧颜色的滤光片罩在光电管的入光口以获得相应颜色的单色光，还可以使用分歧透光度的遮光片罩在水银灯的出光口以获得分歧强度的光.可见光区水银灯的强谱线如下表所示：
实验中可能呈现的误差的预分析：
为了获得准确的遏止电位差值，本实验用的光电管应该具备下列条件：
（1）对所有可见光谱都比力灵敏.
（2）阳极包围阴极，这样当阳极为负电位时，年夜部份光电子仍能射到阳极.（3）阳极没有光电效应，不会发生反向电流.（4）暗电流很小.但实际使用的光电管不成能满足理想条件.我们必需考虑阳极光电效应引起的反向电流，以及无光照时，电路中的暗电流.那么实际测得的电流应包括三部份：
正常光电效应发生的电流、阳极光电效应发生反向电流、暗电流.于是实际测得的光电管的伏安特性曲线其实不与x轴相切.（左图：
理想状态；右图：
实际状态）
由于暗电流的值通常很小，且对U通常也满足线性关系.故本实验中可以忽略其造成的影响.而阳极反向光电流虽然在实验中较显著，但它服从一定例律.据此，确定遏止电位差值，可采纳以下两种方法：
（1）交点法：
光电管阳极用逸出功较年夜的资料制作，制作过程中尽量防止阴极资料蒸发，实验前对光电管阳极通电，减少其上溅射的阴极资料，实验中防止入射光直接照射到阳极上，这样可使它的反向电流年夜年夜减少，其伏安特性曲线与上面左图（理想曲线）十分接近，因此曲线与U轴交点的电位差值近似即是遏止电位差Ua，此即交点法.
（2）拐点法：
光电管阳极反向光电流虽然较年夜，但在结构设计上，若使反向光电流能较快地饱和，则伏安特性曲线在反向电流进入饱和段后有着明显的拐点，如上面右图所示，此拐点的电位差即为遏止电位差.除以上提到的可能误差外，实验室内的照明干扰和电磁干扰也会影响实验结果.实验室应尽量关灯，而且严格控制可能发生电磁干扰的仪器.
实验内容
一、用分歧颜色的滤光片分别获得五种分歧波长的单色光（365nm、405nm、436nm、546nm、577nm），分别测定每种光射入光电管时，光电管的伏安特性曲线，分别作出U-I特性曲线.二、使用滤光片获得577nm波长的单色光，分别用分歧透光度（25%、50%、75%、不遮光（100%））的遮光片获得分歧强度的光照，分别丈量其饱和光电流Im，做出Im—透光率的关系图.三、使用实验一中获得的数据，分别求出五种分歧波长的光照射光电管时的遏制电压，并根据波长求出光波频率，作
图，用线性回归得出逸出功A值和普朗克常量h值，而且计算出极限频率
.最后把测得的普朗克常量值与公认值比力.计算相对误差.四、计算涉及的相关公式
数据处置
实验内容一：
丈量光电管在分歧波长光照射下的伏安特性总分值：
70
（1）入射光波长365nm的伏安特性◆ （不计分）使用蓝黑色滤光片,测得入射光波长365nm的伏安特性数据如下：
丈量序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
电压U/V
电流I/μA
◆ （10分）根据相关的参数，获得图型信息
（2）入射光波长405nm的伏安特性◆ （不计分）使用深蓝色滤光片,测得入射光波长405nm的伏安特性数据如下：
丈量序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
电压U/V
电流I/μA
◆ （10分）根据相关的参数，获得图型信息
（3）入射光波长436nm的伏安特性◆ （不计分）使用蓝绿色滤光片,测得入射光波长436nm的伏安特性数据如下：
丈量序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
电压U/V
电流I/μA
◆ （10分）根据相关的参数，获得图型信息
（4）入射光波长546nm的伏安特性◆ （不计分）使用金黄色滤光片,测得入射光波长546nm的伏安特性数据如下：
丈量序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
电压U/V
电流I/μA
◆ （10分）根据相关的参数，获得图型信息
（5）入射光波长557nm的伏安特性◆ （不计分）使用橙红色滤光片,测得入射光波长557nm的伏安特性数据如下：
丈量序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
电压U/V
电流I/μA
◆ （10分）根据相关的参数，获得图型信息
（6）根据丈量数据，计算红线频率以及普朗克常量
◆ （不计分）遏制电压的绝对值|Ua|与光波频率ν的关系如下：
波长λ/nm
365
405
436
546
577
频率ν/THz
遏止电压|Ua|/V
◆ （10分）根据相关的参数，获得图型信息
◆ （4分）利用最小二乘法进行线性回归,获得普朗克常量h（
）=
◆ （2分）计算普朗克常量的相对误差Er（%）=
◆ （4分）考虑红限频率ν0=A/h，得ν0（单元：
Hz）=
实验内容二：
研究饱和光电流Im与光强p之间的关系总分值：
10
（1）饱和光电流Im与光强p之间的关系◆ （不计分）在光源上加分歧的透光率的透光片，丈量其饱和电流数据如下：
透光率
饱和电流Im/μA
◆ （6分）根据相关的参数，获得图型信息
◆ （4分）假设饱和电流Im与光强p满足Im=K*p+p0,则进行线性拟合获得斜率K=
思考题总分值：
10
思考题1总分值：
4
1.什么是光电效应？
谜底：
思考题2总分值：
3
2.金属的截止频率（红限）是什么？
谜底：
思考题3总分值：
3
3.为什么当反向电压加到一定值后，光电流会呈现负值？
谜底：
实验总结共 10 分
原始数据：
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