實驗報告_光電效應(yīng)實驗

1、南昌大學(xué)物理實驗報告學(xué)生姓名:學(xué)號：專業(yè)班級：材料24 班實驗時間：10 時 0分 第十一周星期四座位號：28一、 實驗名稱：光電效應(yīng)二、實驗?zāi)康?1?、通過實驗深刻理解愛因斯坦得光電效應(yīng)理論, 了解光電效應(yīng)得基本規(guī)律;、掌握用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)研究得方法;3、學(xué)習(xí)對光電管伏安特性曲線得處理方法, 并用以測定普朗克常數(shù)三、實驗儀器：光電效應(yīng)測試儀、汞燈及電源、濾色片、光闌、光電管、測試儀四、實驗原理 :1、 光電效應(yīng)與愛因斯坦方程用合適頻率得光照射在某些金屬表面上時, 會有電子從金屬表面逸出, 這種現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)，從金屬表面逸出得電子叫光電子。 為了解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象 , 愛因斯坦提出了“光量

2、子”得概念 , 認(rèn)為對于頻率為得光波, 每個光子得能量為 , 其中h=6、626為普朗克常數(shù)按照愛因斯坦得理論，光電效應(yīng)得實質(zhì)就是當(dāng)光子與電子相碰撞時, 光子把全部能量傳遞給電子，電子所獲得得能量，一部分用來克服金屬表面對它得約束，其余得能量則成為該光電子逸出金屬表面后得動能。愛因斯坦提出了著名得光電方程():式中， 為入射光得頻率 , 為電子得質(zhì)量，為光電子逸出金屬表面得初速度, 為被光線照射得金屬材料得逸出功 , 2mv為從金屬逸出得光電子得最大初動能.由（1) 式可見 , 入射到金屬表面得光頻率越高，逸出得電子動能必然也越大, 所以即使陰極不加電壓也會有光電子落入陽極而形成光電流，甚至陽

3、極電位比陰極電位低時也會有光電子落到陽極，直至陽極電位低于某一數(shù)值時, 所有光電子都不能到達(dá)陽極，光電流才為零 . 這個相對于陰極為負(fù)值得陽極電位被稱為光電效應(yīng)得截止電壓 。顯2然, 有eu0-1 2mv=(2 ）代入上式即有(3)由上式可知，若光電子能量+W,則不能產(chǎn)生光電子。產(chǎn)生光電效應(yīng)得最低頻率就是0=W/h，通常稱為光電效應(yīng)得截止頻率 . 不同材料有不同得逸出功，因而 0也不同。由于光得強弱決定于光量子得數(shù)量 , 所以光電流與入射光得強度成正比。又因為一個電子只能吸收一個光子得能量， 所以光電子獲得得能量與光強無關(guān), 只與光子得頻率成正比，將（3）式改寫為上式表明，截止電壓就是入射光頻

4、率得線性函數(shù) , 如圖 2, 當(dāng)入射光得頻率= 時, 截止電壓 , 沒有光電子逸出。圖中得直線得斜率k=h/ 就是一個正得常數(shù) :( )由此可見 , 只要用實驗方法作出不同頻率下得 U0- 曲線，并求出此曲線得斜率 , 就可以通過式 (5) 求出普朗克常數(shù)。其中就是電子得電量 .1. 光電效應(yīng)得伏安特性曲線圖 3就是利用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實驗得原理圖。頻率為 、強度為得光線照射到光電管陰極上，即有光電子從陰極逸出如在陰極 K與陽極之間加正向電壓 , 它使 K、A之間建立起得電場對從光電管陰極逸出得光電子起加速作用，隨著電壓得增加 , 到達(dá)陽極得光電子將逐漸增多。當(dāng)正向電壓增加到時，光電流達(dá)到最

5、大 , 不再增加，此時即稱為飽與狀態(tài)，對應(yīng)得光電流即稱為飽與光電流。由于光電子從陰極表面逸出時具有一定得初速度 , 所以當(dāng)兩極間電位差為零時，仍有光電流存在，若在兩極間施加一反向電壓 , 光電流隨之減少 ; 當(dāng)反向電壓達(dá)到截止電壓時 , 光電流為零 .圖4 入射光頻率不同得 - 曲線圖5入射光強度不同得 I-U 曲線愛因斯坦方程就是在同種金屬做陰極與陽極，且陽極很小得理想狀態(tài)下導(dǎo)出得。實際上做陰極得金屬逸出功比作陽極得金屬逸出功小，所以實驗中存在著如下問題:暗電流與本底電流。當(dāng)光電管陰極沒有受到光線照射時也會產(chǎn)生電子流, 稱為暗電流。它就是由電子得熱運動與光電管管殼漏電等原因造成得。室內(nèi)各種漫

6、反射光射入光電管造成得光電流稱為本底電流. 暗電流與本底電流隨著、A之間電壓大小變化而變化.陽極電流。制作光電管陰極時，陽極上也會被濺射有陰極材料，所以光入射到陽極上或由陰極反射到陽極上 , 陽極上也有光電子發(fā)射 , 就形成陽極電流由于它們得存在 , 使得實際 I U曲線較理論曲線下移 , 如圖 6。圖6伏安特性曲線由于暗電流就是由陰極得熱電子發(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 , 且基本上隨電位差呈線性變化，因此可忽略其對遏止電位差得影響。陽極反向電流雖然在實驗中較顯著， 但它服從一定規(guī)律 . 因此 , 確定遏止電位差值可采用以下兩種方法： 交點法光電管陽極用

7、逸出功較大得材料制作 , 制作過程中盡量防止陰極材料蒸發(fā)，實驗前對光電管陽極通電 , 減少其上濺射得陰極材料，實驗中避免入射光直接照射到陽極上，這樣可使它得反向電流大大減少，其伏安特性曲線與圖 5十分接近 , 因此曲線與 U軸交點得電位差值近似等于遏止電位差 U0, 此即本實驗采用得交點法 ( 或零電流法）。拐點法光電管陽極反向電流雖然較大, 但在結(jié)構(gòu)設(shè)計上 , 若使反向光電流能較快地飽與，則伏安特性曲線在反向電流進(jìn)入飽與段后有著明顯得拐點 , 如圖 6中虛線所示得理論曲線下移為實線所示得實測曲線，遏止電位差 0 也下移到 0點因此測出 U 0點即測出了理論值U0。五、實驗內(nèi)容及步驟:、調(diào)整儀

8、器(1 ）連接儀器；接好電源 , 打開電源開關(guān) , 充分預(yù)熱 ( 不少于 20 分鐘 ) (2) 在測量電路連接完畢后 , 沒有給測量信號時 , 旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”旋鈕調(diào)零。每換一次量程 , 必須重新調(diào)零 .（ ) 取下暗盒光窗口遮光罩 , 換上 365、0m濾光片 , 取下汞燈出光窗口得遮光罩 , 裝好遮光筒 , 調(diào)節(jié)好暗盒與汞燈距離。、測量普朗克常數(shù)(1) 將電壓選擇按鍵開關(guān)置于 2 V 檔, 將“電流量程”選擇開關(guān)置于 A 檔。將測試儀電流輸入電纜斷開 , 調(diào)零后重新接上。（2) 將直徑為 4得光闌與 65、0n得濾色片裝在光電管電暗箱輸入口上 . ( ) 從高到低調(diào)節(jié)電壓，用“零電流法”測量

9、該波長對應(yīng)得，并數(shù)據(jù)記錄。(4 ） 依次換上 0nm、43nm、546nm、577得濾色片 , 重復(fù)步驟 (1) 、( ）、( ) 。（）測量三組數(shù)據(jù) , 然后對 h 求平均值。3、測量光電管得伏案特性曲線：(1) 暗盒光窗口裝 65nm濾光片與 4m光闌，緩慢調(diào)節(jié)電壓旋鈕 , 令電壓輸出值緩慢由V 伏增加到 30V，每隔 1V 記一個電流值。但注意在電流值為零處記下截止電壓值。（2）在暗盒光窗口上換上5 nm濾光片，仍用 4m得光闌 , 重復(fù)步驟 ( ）。(3) 選擇合適得坐標(biāo)，分別作出兩種光闌下得光電管伏安特性曲線 I 。、探究飽與電流與光通量、光強得關(guān)系控制電壓 =30、 0V，波長為

10、365nm， =400時 , 記錄光闌孔分別為 2、4、8 時得電流?？刂齐妷?=30、0V，波長為 6 m,光闌孔為 2nm時 , 記錄距離 L 分別為 30 nm、350nm、 40mm時得電流 .六、數(shù)據(jù)記錄與處理:表一U V 關(guān)系波長 ( ）3654頻率 ( 014H8、217、 4086、 75、4905、 9）截止電壓 U（ V)、 81、- 、 3030、732 0、9803B1#0l0246810tX Axis TitleeiTs-1ixAY-2-3計算普朗克常量： 當(dāng)利用不同頻率得單色光分別作光源時 , 可以測出不同頻率下得遏止電位 . 作出 U a 與得曲線 , 測曲線得斜

11、率 K 為 = h /e =U/v 便可求出普朗克常數(shù) h。K=Uv=0、401610h=ek、 10210-1 0、 4061 14=6、43 10 3 J表二I UAK關(guān)系光闌孔： m波長： 577n (V)-0 、3 01、0 、0 3、 04、 05、06、07、08、9、 0AK、0（ 10141516110A）UAK(V）1、 1、 2、 14、0 6、 1、 2、 22、 24、0 8、 3、00000、000I （ 10-10 A)12303132334光闌孔 :4nm波長 :365nmU(V) 1、 - 、 01235679A55I （10 16 73 8 95A)UAK(V ）0(10 1510A)B#tleiTsxiAY200150100500-303691215182124273033X Axis Title表三I 關(guān)系UA =30、 0V波長 : 6 m=40nm光闌孔（ nm)48I （10 10）6717805表四 I M 關(guān)系U =3、 0V波長： 36光闌孔 : nAK距離 L(m）3350400I(10 -10A)432七、實驗小結(jié)（思