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物理实验报告
光电效应及普朗克常数的测定
*** ****** 2012/3/29
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【实验目的】
1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。 2．测量普朗克常数 h。 【实验原理】
光电效应的实验原理如图 1 所示。当入射光照射到光电 管阴极K上时，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移 构成光电流，改变外加电压UAK，测量光电流I的大小，即可 得出光电管的伏安特性曲线。 1．光电效应的基本特点：
（1）对应于某一频率光的光电效应，I—UAK关系如图 2 所 图 l 实验原理图
示。可见，对一定的频率，存在一电压U0，当UAK≤U0时， 电流为零，U0被称为截止电压，它与阴极材料的构成有关。
（2）当UAK≥U0后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成正比。
（3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图 3 所示。
（4）作截止电压U0与频率ν的关系图如图 4 所示。 0与ν成正比关系。U但当入射光频率低于某极限值ν0 (ν0不同金属有不同的值)时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。
（5）光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于ν0，一旦光照射靶上立即就有光电子产生。从光照射到光电子产生的间隔至多为 10-9秒的数量级。 2．光电效应的基本解释
按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率(或波长)的概念，频率为 ν 的光子具有能量 E=hν，h 为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的某个电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把吸收光子的能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为该电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：
式中，A 为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。
由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低时，也会有电子穿过两极间的势垒到达阳极形成光电流，直至阳极电位等于截止电压，这时光电流才为零， 此时有关系：
当阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流 随之上升。当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加UAK时I不再变化，这时光电流出现饱和。饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成正比。光子的能量hν0 此式表明截止电压 Uo 是频率 ν 的线性函数，直线斜率 k=h／e，只要用实验方法得出不同的频率对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数 h。爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。 【实验仪器】 ZKY-GD-4 智能光电效应实验仪 【实验内容和步骤】 测试前准备： ? 将实验仪及汞灯电源接通(汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上)，预热 20 分钟。 ? 调整光电管与汞灯距离为约 40cm 并保持不变。 ? 按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态。 1．测普朗克常数 h（手动测量） a) 测量截止电压时，“伏安特性测 试／截止电压测试”状态键应为截止电压测试状态，“电流量程”开关应处于 10-14 A。 b) 使“手动／自动”模式键处于手 动模式。 c) 将直径 4mm 的光阑及 365.0nm 的滤色片装在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。 d) 此时电压表显示UAx的值，单位为伏；电流表显示与UAx对应的电流值I，从低到高 调节电压(绝对值减小)，观察电流值的变化，寻找电流刚好为零时对应的UAK，以其绝对值作为该波长对应的U0的值。 2．测光电管的伏安特性曲线 a) 测量时，“伏安特性测试／截止电压测试”状态键应为伏安特性测试状态。“电流 量程”开关应拨至 10-11A档，并重新调零。 b) 将直径 4mm 的光阑及所选谱线的滤色片装在光电管暗箱光输入口上。 c) 分别测量五种滤光片从0-50V，每间隔2V，所得到的电流值。 3．测电流与光阑的关系 a) 选定一个波长的滤光片，装好。 b) 在L=400mm,的条件下 c) 测出不同光阑直径()的电流并作图 4．测电流与距离L的关系 选择一个波长的滤光片装好；
物理实验报告 普朗克常数测定
