光電效應(yīng)測普朗克常量

1、實驗題目：光電效應(yīng)法測普郎克常數(shù)實驗?zāi)康模毫私夤怆娦?yīng)的基本規(guī)律，并用光電效應(yīng)方法測量普朗克常量和測定光電管的光電特性曲線實驗儀器：光電管、濾波片、水銀燈、相關(guān)電學(xué)儀器實驗原理：當(dāng)光照在物體上時，光的能量僅部分地以熱的形式被物體吸收，而另一部分則轉(zhuǎn)換為物體中某些電子的能量，使電子逸出物體表面，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，逸出的電子稱為光電子。在光電效應(yīng)中，光顯示出它的粒子性質(zhì)，所以這種現(xiàn)象對認(rèn)識光的本性，具有極其重要的意義。 光電效應(yīng)實驗原理如圖8.2.1-1所示。其中S為真空光電管，K為陰極，A為陽極。當(dāng)無光照射陰極時，由于陽極與陰極是斷路，所以檢流計G中無電流流過，當(dāng)用一波長比較短的單色光照射到

2、陰極K上時，形成光電流，光電流隨加速電位差U變化的伏安特性曲線如圖8.2.1-2所示 1、光電流與入射光強度的關(guān)系 光電流隨加速電位差U的增加而增加，加速電位差增加到一定量值后，光電流達(dá)到飽和值和值IH，飽和電流與光強成正比，而與入射光的頻率無關(guān)。當(dāng)U= UA-UK變成負(fù)值時，光電流迅速減小。實驗指出，有一個遏止電位差Ua存在，當(dāng)電位差達(dá)到這個值時，光電流為零。 2、光電子的初動能與入射頻率之間的關(guān)系 光電子從陰極逸出時，具有初動能，在減速電壓下，光電子逆著電場力方向由K極向A極運動。當(dāng)U=Ua時，光電子不再能達(dá)到A極，光電流為零。所以電子的初動能等于它克服電 場力作用的功。即 根據(jù)愛因斯坦關(guān)

3、于光的本性的假設(shè)，光是一粒一粒運動著的粒子流，這些光粒子稱為光子。每一光子的能量為，其中h為普朗克常量，為光波的頻率。所以不同頻率的光波對應(yīng)光子的能量不同。光電子吸收了光子的能量h之后，一部分消耗于克服電子的逸出功A，另一部分轉(zhuǎn)換為電子動能。由能量守恒定律可知 （2）式（2）稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程。由此可見，光電子的初動能與入射光頻率呈線性關(guān)系，而與入射光的強度無關(guān) 3、光電效應(yīng)有光電存在 若用頻率不同的光分別照射到K 上，將不同的頻率代入光電效應(yīng)方程，任取其中兩個就可以解出 其中光的頻率n 應(yīng)大于紅限h= A 0 n ，否則無電子逸出。根據(jù)這個公式，結(jié)合圖象法或者平均值法就可以在一定精度范

4、圍內(nèi)測得h 值。實驗中單色光用水銀等光源經(jīng)過單色濾光片選擇譜線產(chǎn)生；使用交點法或者拐點法可以確定較 準(zhǔn)確的遏止電位差值。實驗內(nèi)容：1、在光電管入光口裝上365nm 的濾色片，電壓為-3V，調(diào)整光源和光電管之間的距離，直到電流為-0.3A，固定此距離，不需再變動；2、分別測365nm,405nm,436nm,546nm,577nm 的V-I 特性曲線，從-3V 到25V，拐點出測量間隔盡量??；3、裝上577nm濾色片，在光源窗口分別裝上透光率為25%、50%、75%的遮光片，加20V 電壓，測量飽和光電流Im 和照射光強度的關(guān)系，作出Im-光強曲線；4、作Ua-V 關(guān)系曲線，計算紅限頻率和普朗克

5、常量h，與標(biāo)準(zhǔn)值進行比較。注意事項：a、嚴(yán)禁源直接昭般光窗口，每次換濾色片時，心定要把出光口蓋上。b、嚴(yán)禁用手摸光學(xué)鏡頭表面。c、小心輕放鏡片，不要把鏡頭摔壞。原始數(shù)據(jù)：光波長為365nm時，電流和電壓間的關(guān)系如下表U / V-3.00-2.55-2.11-1.81-1.52-1.39-1.37-1.24-1.19-1.10I /A-0.3-0.3-0.2-0.2-0.2-0.100.10.20.4U / V-1.05-0.98-0.81-0.75-0.62-0.53-0.49-0.25-0.120I /A0.50.71.01.31.72.12.93.64.25.0U / V0.411.211

6、.892.192.583.0161017.124.0I /A7.29.911.512.112.613.115.817.618.419.1 光波長為405nm時，電流和電壓間的關(guān)系如下表U / V-3.00-2.49-1.81-1.19-1.00-0.89-0.81-0.71-0.60-0.50I /A-0.2-0.1-0.1-0.100.10.20.40.61.0U / V-0.43-0.40-0.34-0.29-0.19-0.0500.491.011.71I /A1.21.41.61.92.43.23.55.77.28.5U / V2.884710131517.019.120.925.0I

7、/A9.911.212.112.713.013.013.213.313.513.5 光波長為436nm時，電流和電壓間的關(guān)系如下表U / V-3.00-1.99-1.51-0.97-0.78-0.70-0.60-0.53-0.51-0.48I /A-0.1-0.1-0.100.10.20.30.40.50.7U / V-0.40-0.35-0.31-0.26-0.20-0.18-0.10-0.0600.10I /A0.91.11.31.51.71.92.32.52.83.3U / V0.200.621.202.033.50581419.023.9I /A3.85.46.78.08.510.11

8、0.811.411.711.8 光波長為546nm時，電流和電壓間的關(guān)系如下表U / V-3.00-1.57-1.45-0.69-0.50-0.42-0.39-0.32-0.30-0.28I /A-0.1-0.10000.10.20.40.50.7U / V-0.21-0.19-0.14-0.10-0.0200.190.290.460.79I /A0.91.01.21.51.82.02.93.33.84.7U / V1.011.411.992.783.00591419.024.8I /A5.25.96.67.37.58.59.49.79.910.0 光波長為577nm時，電流和電壓間的關(guān)系如下

9、表U / V-3.00-1.50-0.33-0.29-0.25-0.18-0.11-0.0600.09I /A000.10.20.30.40.60.70.91.1U / V0.140.290.400.510.700.891.191.521.712.50I /A1.31.51.71.92.12.22.42.62.72.8U / V3.005710131517.019.121.325.0I /A2.93.13.23.23.33.33.33.33.33.3 20V電壓時，577nm下濾光片飽和光電流和照射光強的的關(guān)系為透光率025%50%75%100%電流 /A01.02.12.73.3數(shù)據(jù)處理與誤

10、差分析： 根據(jù)上面五個波長下電壓與電流的關(guān)系畫出伏安特性曲線 圖一 365nm 光下光電管的伏安特性曲線 圖二 405nm 光下光電管的伏安特性曲線 圖三 436nm 光下光電管的伏安特性曲線圖四 546nm 光下光電管的伏安特性曲線 圖五 577nm 光下光電管的伏安特性曲線 根據(jù)以上五個圖，利用拐點法可確定在不同光頻率下的遏止電壓差值，列表如下：/nm/1014 Hz|Ua|/V3658.2161.704057.4101.154366.8820.775465.4920.655775.1980.29 由此作出頻率-遏止電壓圖，用直線擬合： / 1014 Hz 從origin中可以看出，直線斜率為k=0.396,直線在X軸上截距為x0=4.59×1014Hz 由公式 ，