大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)：光電效應(yīng)[高教課堂]

1、光電效應(yīng)測(cè)普朗克常數(shù)光電效應(yīng)測(cè)普朗克常數(shù) 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)組光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)組 2013-8-30 魏合林魏合林 1教育教學(xué) 特別注意：特別注意： 光電管易損壞！光電管易損壞！ 實(shí)驗(yàn)前切勿打開(kāi)桌面電源！實(shí)驗(yàn)前切勿打開(kāi)桌面電源！ 2教育教學(xué) 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1、測(cè)定光電效應(yīng)的基本特性曲線(xiàn)，加深對(duì)光的量子、測(cè)定光電效應(yīng)的基本特性曲線(xiàn)，加深對(duì)光的量子 性的認(rèn)識(shí)；性的認(rèn)識(shí)； 2、驗(yàn)證愛(ài)因斯坦方程，并測(cè)量普朗克常數(shù)以及陰極、驗(yàn)證愛(ài)因斯坦方程，并測(cè)量普朗克常數(shù)以及陰極 材料的材料的“紅限紅限”頻率。頻率。 1. 測(cè)量普朗克常數(shù)測(cè)量普朗克常數(shù)h及及“紅限紅限”頻率頻率 0； 2.測(cè)定光電管的伏安特性（測(cè)定光電

2、管的伏安特性（I-U）曲線(xiàn)；）曲線(xiàn)； 3.測(cè)量飽和電流與光強(qiáng)（測(cè)量飽和電流與光強(qiáng)（Im-P）關(guān)系。）關(guān)系。 【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】 3教育教學(xué) 普朗克常數(shù)介紹普朗克常數(shù)介紹 黑體輻射黑體輻射 25 1 M2 1 hc kT Tc e h 普朗克公式： 紫外災(zāi)難 4 3 M-TCT 瑞利 金斯公式： 2 5 1 M C T TCe 維恩公式： 引入引入h后使公后使公 式完全符合實(shí)式完全符合實(shí) 驗(yàn)曲線(xiàn)！驗(yàn)曲線(xiàn)！ SJh 34 106260755. 6 4教育教學(xué) 光照射到金屬上，引起物質(zhì)的光照射到金屬上，引起物質(zhì)的 電性質(zhì)發(fā)生變化。這類(lèi)光變致電的現(xiàn)象被電性質(zhì)發(fā)生變化。這類(lèi)光變致電的現(xiàn)象被 人們統(tǒng)稱(chēng)為

3、光電效應(yīng)。人們統(tǒng)稱(chēng)為光電效應(yīng)。 赫茲在做電磁波實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，赫茲在做電磁波實(shí)驗(yàn)的時(shí)候， 發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。 H. R. Hertz 1857 - 1894 5教育教學(xué) 初次試驗(yàn)初次試驗(yàn)：1887年光電效應(yīng)是赫茲（年光電效應(yīng)是赫茲（H.R.Hertz） 于驗(yàn)證電磁波存在時(shí)意外發(fā)現(xiàn)的，然而這一現(xiàn)于驗(yàn)證電磁波存在時(shí)意外發(fā)現(xiàn)的，然而這一現(xiàn) 象是無(wú)法用麥克斯韋的經(jīng)典電磁理論對(duì)其做出象是無(wú)法用麥克斯韋的經(jīng)典電磁理論對(duì)其做出 成功解釋的。成功解釋的。 理論解釋理論解釋?zhuān)?905年愛(ài)因斯坦在普朗克（年愛(ài)因斯坦在普朗克（M.Planck） 量子假設(shè)的基礎(chǔ)上提出了光量子（光子）概念，并量子假設(shè)的基礎(chǔ)上

4、提出了光量子（光子）概念，并 由此圓滿(mǎn)地解釋了光電效應(yīng)的各種實(shí)驗(yàn)規(guī)律。由此圓滿(mǎn)地解釋了光電效應(yīng)的各種實(shí)驗(yàn)規(guī)律。 再次試驗(yàn)再次試驗(yàn)：10年后密立根（年后密立根（R.A.Millikan）以精湛）以精湛 的實(shí)驗(yàn)技術(shù)驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程。的實(shí)驗(yàn)技術(shù)驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程。 獲得成就獲得成就：愛(ài)因斯坦和密立根主要因光電效愛(ài)因斯坦和密立根主要因光電效 應(yīng)方面的杰出貢獻(xiàn)分別榮獲應(yīng)方面的杰出貢獻(xiàn)分別榮獲1921年和年和1923年年 的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 光電效應(yīng)光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和解釋極大推動(dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展！的發(fā)現(xiàn)和解釋極大推動(dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展！ 推動(dòng)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展！推

5、動(dòng)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展！ 使得人類(lèi)生活發(fā)生極大的變化！使得人類(lèi)生活發(fā)生極大的變化！ 6教育教學(xué) 利用光電效應(yīng)可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槔霉怆娦?yīng)可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?電信號(hào)，動(dòng)作迅速靈敏，因此利用電信號(hào)，動(dòng)作迅速靈敏，因此利用 光電效應(yīng)制作的光電器件在工農(nóng)業(yè)光電效應(yīng)制作的光電器件在工農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)和文化生活領(lǐng)域內(nèi)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)和文化生活領(lǐng)域內(nèi) 得到了廣泛的應(yīng)用光電管就是應(yīng)得到了廣泛的應(yīng)用光電管就是應(yīng) 用最普遍的一種光電器件用最普遍的一種光電器件 電磁波（光）電磁波（光） 電信號(hào)電信號(hào) 光電器件（光敏管、光敏電阻、光電器件（光敏管、光敏電阻、 光敏二極管、光敏三極管、光光敏二極管、光敏三極管、

6、光 敏組件、色敏器件、光敏可控敏組件、色敏器件、光敏可控 硅器件、光耦合器等光電器硅器件、光耦合器等光電器 件）。件）。 太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池。 成像系統(tǒng)（成像系統(tǒng)（CCD、微光夜視）。、微光夜視）。 光電倍增管光電倍增管 7教育教學(xué) 圖中的圖中的Im是飽和光電流，它與是飽和光電流，它與“單位時(shí)間內(nèi)發(fā)單位時(shí)間內(nèi)發(fā) 射出的光電子數(shù)射出的光電子數(shù)”有關(guān)，由入射光的強(qiáng)度決定；有關(guān)，由入射光的強(qiáng)度決定； 圖中的圖中的Us是反向截止電壓是反向截止電壓(遏止電壓遏止電壓)，它與，它與“光光 電子的最大初動(dòng)能電子的最大初動(dòng)能”有關(guān)，由入射光的頻率決有關(guān)，由入射光的頻率決 定定 ：如圖所示的是光電流強(qiáng)度：如

7、圖所示的是光電流強(qiáng)度I隨光電隨光電 管兩極間電壓管兩極間電壓U的變化曲線(xiàn)，相應(yīng)的物理意義是：的變化曲線(xiàn)，相應(yīng)的物理意義是： 入射光照射到陰極入射光照射到陰極K時(shí)，由光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電時(shí)，由光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電 子以某一初動(dòng)能飛出，光電子受電場(chǎng)力的作用向子以某一初動(dòng)能飛出，光電子受電場(chǎng)力的作用向 陽(yáng)極陽(yáng)極A遷移而構(gòu)成光電流。遷移而構(gòu)成光電流。 8教育教學(xué) 每一種金屬都有一極限頻率（或稱(chēng)每一種金屬都有一極限頻率（或稱(chēng)截止截止 頻率頻率），即照射光的頻率不能低于某一），即照射光的頻率不能低于某一 臨界值。相應(yīng)的波長(zhǎng)被稱(chēng)做極限波長(zhǎng)臨界值。相應(yīng)的波長(zhǎng)被稱(chēng)做極限波長(zhǎng) （或稱(chēng)（或稱(chēng)紅限波長(zhǎng)紅限波長(zhǎng)）。當(dāng)入射光

8、的頻率低）。當(dāng)入射光的頻率低 于極限頻率時(shí)，無(wú)論多強(qiáng)的光都無(wú)法使于極限頻率時(shí)，無(wú)論多強(qiáng)的光都無(wú)法使 電子逸出。電子逸出。 光電效應(yīng)中產(chǎn)生的光電子的光電效應(yīng)中產(chǎn)生的光電子的速度與光的速度與光的 頻率有關(guān)頻率有關(guān)，而，而與光強(qiáng)無(wú)關(guān)與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。 光電效應(yīng)的光電效應(yīng)的瞬時(shí)性瞬時(shí)性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要光。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要光 的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度 無(wú)論強(qiáng)弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的，無(wú)論強(qiáng)弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的， 即幾乎在照到金屬時(shí)立即產(chǎn)生光電流。即幾乎在照到金屬時(shí)立即產(chǎn)生光電流。 響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)10-9秒（秒（1ns）。）。 入射光的強(qiáng)度只影

9、響光電流的強(qiáng)弱，即入射光的強(qiáng)度只影響光電流的強(qiáng)弱，即 只影響在單位時(shí)間單位面積內(nèi)逸出的光只影響在單位時(shí)間單位面積內(nèi)逸出的光 電子數(shù)目。在光頻率不變的情況下，入電子數(shù)目。在光頻率不變的情況下，入 射光越強(qiáng)，飽和電流越大，即一定頻率射光越強(qiáng)，飽和電流越大，即一定頻率 的光，入射光越強(qiáng)，一定時(shí)間內(nèi)發(fā)射的的光，入射光越強(qiáng)，一定時(shí)間內(nèi)發(fā)射的 電子數(shù)目越多。電子數(shù)目越多。9教育教學(xué) 在光電效應(yīng)中，要釋放光電子在光電效應(yīng)中，要釋放光電子 顯然需要有足夠的能量。根據(jù)顯然需要有足夠的能量。根據(jù) 經(jīng)典電磁理論，光是電磁波，經(jīng)典電磁理論，光是電磁波， 電磁波的能量決定于它的強(qiáng)度，電磁波的能量決定于它的強(qiáng)度， 即只與

10、電磁波的振幅有關(guān)，而即只與電磁波的振幅有關(guān)，而 與電磁波的頻率無(wú)關(guān)。而實(shí)驗(yàn)與電磁波的頻率無(wú)關(guān)。而實(shí)驗(yàn) 規(guī)律中的第一、第二兩點(diǎn)顯然規(guī)律中的第一、第二兩點(diǎn)顯然 用經(jīng)典理論無(wú)法解釋。用經(jīng)典理論無(wú)法解釋。 經(jīng)典解釋經(jīng)典解釋 存在截止頻率、光電效應(yīng)與光的頻率有關(guān)，而與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。存在截止頻率、光電效應(yīng)與光的頻率有關(guān)，而與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。 第三條也不能解釋?zhuān)驗(yàn)楦鶕?jù)經(jīng)典理論，對(duì)很弱的光要想使第三條也不能解釋?zhuān)驗(yàn)楦鶕?jù)經(jīng)典理論，對(duì)很弱的光要想使 電子獲得足夠的能量逸出，必須有一個(gè)能量積累的過(guò)程而不電子獲得足夠的能量逸出，必須有一個(gè)能量積累的過(guò)程而不 可能瞬時(shí)產(chǎn)生光電子?？赡芩矔r(shí)產(chǎn)生光電子。 10教育教學(xué) 量子解釋?zhuān)?/p>

11、愛(ài)因斯坦）量子解釋?zhuān)◥?ài)因斯坦） hE Ahm m 2 2 1 2 2 1 m m 軌道能軌道能 脫出功脫出功 11教育教學(xué) 量子解釋?zhuān)◥?ài)因斯坦）量子解釋?zhuān)◥?ài)因斯坦） Ahm m 2 2 1 光電子的最大初動(dòng)能光電子的最大初動(dòng)能 入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能必然也越大，所以即使陰極入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能必然也越大，所以即使陰極 不加電壓也會(huì)有光電子落入陽(yáng)極而形成光電流，甚至陽(yáng)極電位比陰極電位低不加電壓也會(huì)有光電子落入陽(yáng)極而形成光電流，甚至陽(yáng)極電位比陰極電位低 時(shí)也會(huì)有光電子落到陽(yáng)極，直至陽(yáng)極電位低于某一數(shù)值時(shí)，所有光電子都不時(shí)也會(huì)有光電子落到陽(yáng)極，直至陽(yáng)極電位低

12、于某一數(shù)值時(shí)，所有光電子都不 能到達(dá)陽(yáng)極，光電流才為零。這個(gè)相對(duì)于陰極為負(fù)值的陽(yáng)極電位能到達(dá)陽(yáng)極，光電流才為零。這個(gè)相對(duì)于陰極為負(fù)值的陽(yáng)極電位US被稱(chēng)為被稱(chēng)為 光電效應(yīng)的截止電壓光電效應(yīng)的截止電壓(遏止電壓遏止電壓)。 Sm eUm 2 2 1 AeUh S h A 0 截止頻率截止頻率 愛(ài)因斯坦光愛(ài)因斯坦光 電效應(yīng)方程電效應(yīng)方程 “紅限紅限”頻頻 率率 要想發(fā)射光電子流，必須要想發(fā)射光電子流，必須 Ahh 0 12教育教學(xué) 橫軸上的截距的物理含義是光電管橫軸上的截距的物理含義是光電管 陰極材料的陰極材料的極限頻率極限頻率； 縱軸上的截距的物理含義是光電管縱軸上的截距的物理含義是光電管 陰極材

13、料的陰極材料的溢出功溢出功的負(fù)值；的負(fù)值； 斜率的物理含義是斜率的物理含義是普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) AeUh S Amh m 2 2 1 量子解釋?zhuān)◥?ài)因斯坦）量子解釋?zhuān)◥?ài)因斯坦） AhEkm ：如圖所示的是光電子最：如圖所示的是光電子最 大初動(dòng)能大初動(dòng)能Ekm隨入射光頻率隨入射光頻率v的變化曲線(xiàn)，的變化曲線(xiàn)， 相應(yīng)的物理意義為相應(yīng)的物理意義為: 1912-1915年間，密立根 13教育教學(xué) ：如：如 圖所示的是光電流圖所示的是光電流 強(qiáng)度強(qiáng)度I隨光電管兩隨光電管兩 極間電壓極間電壓U的變化的變化 曲線(xiàn)。曲線(xiàn)。 實(shí)際實(shí)際“IU ”曲線(xiàn)曲線(xiàn)： 實(shí)驗(yàn)中影響光電效應(yīng)伏安特性的實(shí)驗(yàn)中影響光電效應(yīng)伏安特性的

14、 因素很多：因素很多： 暗電流、陽(yáng)極電流、不同材料的接暗電流、陽(yáng)極電流、不同材料的接 觸電壓以及照射光的非單色性。觸電壓以及照射光的非單色性。 14教育教學(xué) 曲線(xiàn)的下部轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)，轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的下部轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)，轉(zhuǎn)變 點(diǎn)點(diǎn)B(抬頭點(diǎn)抬頭點(diǎn))對(duì)應(yīng)的外加電壓值對(duì)應(yīng)的外加電壓值 才是遏止電壓才是遏止電壓US。 影響準(zhǔn)確測(cè)量的因素：影響準(zhǔn)確測(cè)量的因素： 暗電流或本底電流暗電流或本底電流：當(dāng)光電管陰極沒(méi)有受到光線(xiàn)照射時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電子流，：當(dāng)光電管陰極沒(méi)有受到光線(xiàn)照射時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電子流， 稱(chēng)為暗電流。它是由電子的熱運(yùn)動(dòng)和光電管管殼漏電等原因造成的。室稱(chēng)為暗電流。它是由電子的熱運(yùn)動(dòng)和光電管管殼漏電等原因造成的。室 內(nèi)

15、各種漫反射光射入光電管造成的光電流稱(chēng)為本底電流。暗電流和本底內(nèi)各種漫反射光射入光電管造成的光電流稱(chēng)為本底電流。暗電流和本底 電流隨著電流隨著K、A之間電壓大小變化而變化。之間電壓大小變化而變化。 陽(yáng)極電流陽(yáng)極電流：陽(yáng)極的光電子發(fā)射：陽(yáng)極的光電子發(fā)射 是陽(yáng)極材料在光照下發(fā)射的光是陽(yáng)極材料在光照下發(fā)射的光 電子，對(duì)這些光電子而言，外電子，對(duì)這些光電子而言，外 加反向電場(chǎng)是加速電場(chǎng)，因此加反向電場(chǎng)是加速電場(chǎng)，因此 它們很容易到達(dá)陰極，形成反它們很容易到達(dá)陰極，形成反 向電流（陽(yáng)極電流）。由于它向電流（陽(yáng)極電流）。由于它 們的存在，使得們的存在，使得IU曲線(xiàn)較理曲線(xiàn)較理 論曲線(xiàn)下移，如圖所示。論曲線(xiàn)下

16、移，如圖所示。 ZKY-GD-3型光型光 電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀 15教育教學(xué) S Uv 0 v 上式表明上式表明 與入射光頻率與入射光頻率 成直線(xiàn)關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中可用不同成直線(xiàn)關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中可用不同 頻率的入射光照射，分別測(cè)量相應(yīng)的截止電壓頻率的入射光照射，分別測(cè)量相應(yīng)的截止電壓 ，就可作，就可作 出出 的實(shí)驗(yàn)直線(xiàn)，此直線(xiàn)的斜率就是的實(shí)驗(yàn)直線(xiàn)，此直線(xiàn)的斜率就是 S U 由該直線(xiàn)與橫軸的交點(diǎn)，可求出由該直線(xiàn)與橫軸的交點(diǎn)，可求出“紅限紅限”頻率頻率 。這就是。這就是 密立根驗(yàn)證愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程的主要實(shí)驗(yàn)思想。密立根驗(yàn)證愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程的主要實(shí)驗(yàn)思想。 vU S ehk 則普朗克常數(shù)則普朗克常

17、數(shù)ekh 普朗克常數(shù)的測(cè)量原理普朗克常數(shù)的測(cè)量原理 Sm eUm 2 2 1 AeUh S Ah 0 )( 0 e h U S 16教育教學(xué) ZKY-GD-3型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀 普朗克常數(shù)的測(cè)量普朗克常數(shù)的測(cè)量 濾光片及光闌濾光片及光闌 17教育教學(xué) 普朗克常數(shù)的測(cè)量普朗克常數(shù)的測(cè)量 測(cè)試儀測(cè)試儀 光電管暗盒光電管暗盒光電管光電管光闌光闌濾光片濾光片高壓汞燈高壓汞燈汞燈電源汞燈電源 ZKY-GD-3光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)示意圖光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)示意圖 五種帶通型濾光片安裝在接收暗盒的進(jìn)光窗口上，以獲得所需要的單色光。五種帶通型濾光片安裝在接收暗盒的進(jìn)光窗口上，以獲得所需要的單色光。

18、18教育教學(xué) 普朗克常數(shù)的測(cè)量普朗克常數(shù)的測(cè)量 光闌光闌 濾光片濾光片 19教育教學(xué) 普朗克常數(shù)的測(cè)量普朗克常數(shù)的測(cè)量 ZKY-GD-3光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)示意圖光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)示意圖 實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)（1）用）用實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)（23）用）用 調(diào)零和測(cè)調(diào)零和測(cè) 量切換量切換 調(diào)零調(diào)零 量程量程 20教育教學(xué) ZKY-GD-3型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀特點(diǎn)型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀特點(diǎn) 由于其特殊結(jié)構(gòu)使光不能直接照射由于其特殊結(jié)構(gòu)使光不能直接照射 到陽(yáng)極；到陽(yáng)極； 由陰極反射照到陽(yáng)極的光也很少；由陰極反射照到陽(yáng)極的光也很少； 加上采用新型的陰、陽(yáng)極材料及制加上采用新型的陰、陽(yáng)極材料及制 造工藝，使得陽(yáng)極反向電流、光電造工藝，

19、使得陽(yáng)極反向電流、光電 管暗電流大大降低；管暗電流大大降低； 0 U由此測(cè)定的光電管的伏安特性曲線(xiàn)由此測(cè)定的光電管的伏安特性曲線(xiàn) 點(diǎn)與點(diǎn)與 點(diǎn)基本重合。點(diǎn)基本重合。 因而可以把實(shí)測(cè)電流為零時(shí)對(duì)應(yīng)的光電管電壓值作為截止因而可以把實(shí)測(cè)電流為零時(shí)對(duì)應(yīng)的光電管電壓值作為截止 電壓，此種方法稱(chēng)為電壓，此種方法稱(chēng)為零電流法零電流法。 0 U 普朗克常數(shù)的測(cè)量普朗克常數(shù)的測(cè)量 ZKY-GD-3型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀采用了新型結(jié)構(gòu)的光電管。型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀采用了新型結(jié)構(gòu)的光電管。 21教育教學(xué) 普朗克常數(shù)的測(cè)量普朗克常數(shù)的測(cè)量 （1）把汞燈及光電管暗盒）把汞燈及光電管暗盒遮光蓋蓋上遮光蓋蓋上，將汞燈暗盒光輸出口，將

20、汞燈暗盒光輸出口 對(duì)準(zhǔn)光電管暗盒光輸入口，調(diào)整光電管與汞燈距離為約對(duì)準(zhǔn)光電管暗盒光輸入口，調(diào)整光電管與汞燈距離為約 40cm并保持不變。將測(cè)試儀及汞燈電源接通，預(yù)熱并保持不變。將測(cè)試儀及汞燈電源接通，預(yù)熱20分分 鐘。（鐘。（） （2）測(cè)試儀調(diào)零測(cè)試儀調(diào)零：將：將“電流量程電流量程”選擇開(kāi)關(guān)置于選擇開(kāi)關(guān)置于10-13A檔位，檔位， 儀器在充分預(yù)熱后，進(jìn)行測(cè)試前調(diào)零。調(diào)零時(shí)，將儀器在充分預(yù)熱后，進(jìn)行測(cè)試前調(diào)零。調(diào)零時(shí)，將“調(diào)調(diào) 零零/測(cè)量測(cè)量”切換開(kāi)關(guān)切換到切換開(kāi)關(guān)切換到“調(diào)零調(diào)零”檔位，旋轉(zhuǎn)檔位，旋轉(zhuǎn)“電流調(diào)電流調(diào) 零零”旋鈕使電流指示為旋鈕使電流指示為“000”。調(diào)節(jié)好后，將。調(diào)節(jié)好后，將“

21、調(diào)零調(diào)零/測(cè)測(cè) 量量”切換開(kāi)關(guān)切換到切換開(kāi)關(guān)切換到“測(cè)試測(cè)試”檔位，就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了。檔位，就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了。 22教育教學(xué) 普朗克常數(shù)的測(cè)量普朗克常數(shù)的測(cè)量 1.測(cè)量普朗克常數(shù)測(cè)量普朗克常數(shù)、“紅限紅限”頻率頻率 本實(shí)驗(yàn)采用本實(shí)驗(yàn)采用ZKY-GD-3型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀。由于其特殊結(jié)構(gòu)使型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀。由于其特殊結(jié)構(gòu)使 暗電流大大降低，由此測(cè)定的光電管的伏安特性曲線(xiàn)與基本重暗電流大大降低，由此測(cè)定的光電管的伏安特性曲線(xiàn)與基本重 合。因而可以把實(shí)測(cè)電流為零時(shí)對(duì)應(yīng)的光電管電壓值作為截止合。因而可以把實(shí)測(cè)電流為零時(shí)對(duì)應(yīng)的光電管電壓值作為截止 電壓，此種方法稱(chēng)為電壓，此種方法稱(chēng)為零電流法零電流法。 （

22、1）用零電流法測(cè)定）用零電流法測(cè)定h和和 由于光電管的陽(yáng)極反向電流、暗電流、由于光電管的陽(yáng)極反向電流、暗電流、 本底電流及極間接觸電位差等因素的影本底電流及極間接觸電位差等因素的影 響，實(shí)測(cè)電流為零時(shí)對(duì)應(yīng)的光電管的電響，實(shí)測(cè)電流為零時(shí)對(duì)應(yīng)的光電管的電 壓并非截止電壓，而對(duì)應(yīng)于壓并非截止電壓，而對(duì)應(yīng)于UI實(shí)驗(yàn)曲實(shí)驗(yàn)曲 線(xiàn)反向電流開(kāi)始趨于常量的點(diǎn)（拐點(diǎn)），線(xiàn)反向電流開(kāi)始趨于常量的點(diǎn)（拐點(diǎn)）， 因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量光電管的伏安特性，因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量光電管的伏安特性， 根據(jù)根據(jù)UI實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)分析其實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)分析其“拐點(diǎn)拐點(diǎn)”，由，由 此得出截止電壓。此方法稱(chēng)為此得出截止電壓。此方法稱(chēng)為“拐點(diǎn)拐點(diǎn) 法法”。

23、 23教育教學(xué) 普朗克常數(shù)的測(cè)量普朗克常數(shù)的測(cè)量 1.測(cè)量普朗克常數(shù)測(cè)量普朗克常數(shù)、“紅限紅限”頻率頻率 將電壓選擇按鍵置于將電壓選擇按鍵置于-2V0V檔，電流量程選擇在檔，電流量程選擇在10-13A擋，重新調(diào)節(jié)測(cè)試擋，重新調(diào)節(jié)測(cè)試 儀零點(diǎn)。將直徑為儀零點(diǎn)。將直徑為4mm的光闌及的光闌及365.0nm的濾色片裝在光電管暗盒光輸入的濾色片裝在光電管暗盒光輸入 口上。調(diào)節(jié)電壓口上。調(diào)節(jié)電壓UAK，使光電流指示為零，此時(shí)測(cè)試儀所顯示的電壓值即，使光電流指示為零，此時(shí)測(cè)試儀所顯示的電壓值即 為與入射光頻率對(duì)應(yīng)的截止電壓。更換其余四個(gè)濾光片（為與入射光頻率對(duì)應(yīng)的截止電壓。更換其余四個(gè)濾光片（注意注意：更

24、換濾光：更換濾光 片時(shí)先將汞燈用遮光蓋蓋上！片時(shí)先將汞燈用遮光蓋蓋上?。瑴y(cè)出各頻率的光所對(duì)應(yīng)的截止電壓。重），測(cè)出各頻率的光所對(duì)應(yīng)的截止電壓。重 復(fù)上述測(cè)量步驟，測(cè)量復(fù)上述測(cè)量步驟，測(cè)量4組數(shù)據(jù)。組數(shù)據(jù)。 平均值 4 3 2 1 截止電壓 5.1965.4906.8797.4088.214頻率 （1014Hz） 577.0546.1435.8404.7365.0波長(zhǎng) （nm） )(VUS 數(shù)據(jù)記錄表格一數(shù)據(jù)記錄表格一(每種情況測(cè)量四次每種情況測(cè)量四次) 24教育教學(xué) 普朗克常數(shù)的測(cè)量普朗克常數(shù)的測(cè)量 將電壓選擇按鍵置于將電壓選擇按鍵置于-2V+30V檔；將檔；將“電流量程電流量程”選擇開(kāi)關(guān)置

25、于選擇開(kāi)關(guān)置于 10-12A檔檔, 重新調(diào)節(jié)測(cè)試儀零點(diǎn)重新調(diào)節(jié)測(cè)試儀零點(diǎn)。將直徑。將直徑2mm的光闌及的光闌及577nm的濾色的濾色 片裝在光電管暗盒光輸入口上。片裝在光電管暗盒光輸入口上。 從低到高調(diào)節(jié)電壓，記錄電流從低到高調(diào)節(jié)電壓，記錄電流從零到非零從零到非零點(diǎn)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓值作為所對(duì)應(yīng)的電壓值作為 第一組數(shù)據(jù)，之后電壓間隔取第一組數(shù)據(jù)，之后電壓間隔取1.5V，一直測(cè)到，一直測(cè)到UAK=30.0V左右為止。左右為止。 換上直徑換上直徑4mm及及8mm的光闌的光闌,重復(fù)上述測(cè)量步驟。重復(fù)上述測(cè)量步驟。 2.測(cè)量光電管的伏安特性曲線(xiàn)測(cè)量光電管的伏安特性曲線(xiàn) （IU曲線(xiàn)）曲線(xiàn)） 577nm 光闌

26、光闌2mm UAK（V） I（10-12） 577nm 光闌光闌4mm UAK（V） I（10-12） 數(shù)據(jù)記錄表格二數(shù)據(jù)記錄表格二 577.0nm 光闌光闌8mm UAK（V） I（10-12） 25教育教學(xué) 普朗克常數(shù)的測(cè)量普朗克常數(shù)的測(cè)量 3.驗(yàn)證光電管的飽和光電流與驗(yàn)證光電管的飽和光電流與 入射光強(qiáng)的正比關(guān)系入射光強(qiáng)的正比關(guān)系 將將“電流量程電流量程”選擇開(kāi)關(guān)置于選擇開(kāi)關(guān)置于10-11A檔，檔，重新調(diào)節(jié)測(cè)試儀零重新調(diào)節(jié)測(cè)試儀零 點(diǎn)點(diǎn)。將電壓調(diào)到。將電壓調(diào)到25V，在同一譜線(xiàn)，在同一譜線(xiàn),在同一入射距離下在同一入射距離下,記錄記錄 光闌分別為光闌分別為2mm，4mm，8mm時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值

27、。時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值。 由于照到光電管上的光強(qiáng)與由于照到光電管上的光強(qiáng)與光闌面積光闌面積成正比，用表三數(shù)據(jù)成正比，用表三數(shù)據(jù) 驗(yàn)證光電管的飽和光電流與入射光強(qiáng)成正比。驗(yàn)證光電管的飽和光電流與入射光強(qiáng)成正比。 435.8nm 光闌光闌 2mm 4mm 8mm I（10-11A） 546.1nm 光闌光闌 2mm 4mm 8mm I（10-11A） 數(shù)據(jù)記錄表格三數(shù)據(jù)記錄表格三 由于照到光電管上的光強(qiáng)與光闌由于照到光電管上的光強(qiáng)與光闌面積面積成正比，用表三成正比，用表三 數(shù)據(jù)驗(yàn)證光電管的飽和光電流與入射光強(qiáng)成正比。數(shù)據(jù)驗(yàn)證光電管的飽和光電流與入射光強(qiáng)成正比。 26教育教學(xué) 【數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理】 普朗克常數(shù)的測(cè)量普朗克常數(shù)的測(cè)量 （一）根據(jù)表格一測(cè)量數(shù)據(jù)（一）根據(jù)表格一測(cè)量數(shù)據(jù) 11作圖法作圖法 作出作出U US Sv v的實(shí)驗(yàn)直線(xiàn)，由此直線(xiàn)的斜的實(shí)驗(yàn)直線(xiàn)，由此直線(xiàn)的斜 率率k k計(jì)算普朗克常數(shù)計(jì)算普朗克常數(shù)h hekek，與公認(rèn)值，與公認(rèn)值 進(jìn)行比較計(jì)算相對(duì)不確定度。進(jìn)行比較計(jì)算相對(duì)不確定度。 由該直線(xiàn)與橫軸的交點(diǎn)得出由該直線(xiàn)與橫軸的交點(diǎn)得出“紅限