光電效應與普朗克常數(shù)的測定大物實驗報告

1、班號 學號姓名教師簽字實驗日期 組號 預習成績 總成績實驗（10 ）光電效應法測定普朗克常量-.實驗目的加深對光電效應及光的量子性的理解。學習驗證愛因斯坦光電效應方程的實驗方法，并測定普朗克常數(shù)h。利用最小二乘法與作圖法處理實驗數(shù)據(jù)，并比較這兩種方法的優(yōu)缺點實驗原理光電效應的實驗原理如圖10-1所示。入射光照射到光電管陰極K上，產(chǎn)生的光 電子在 電場的作用下向陽極A遷移構(gòu)成光電流，改變外加電壓UAK，測量出光電流I 的大小，即可得出光電管的伏安特性曲線。光電效應的基本實驗規(guī)律如下：1）對一定的頻率光，存在一電壓U0，當UAKMU0時，電流為零，這個相對于陰極的 負 值的陽極電壓U0，被稱為截止

2、電壓。2）當UAK沱U0后，I迅速增加，然后趨于飽和，飽和光電流IM的大小與入射光的 強度P成正比。3）對于不同頻率的光，其截止電壓的值不同。4）作截止電壓U0與頻率v的關(guān)系圖如圖10-2所示。U0與v成正比關(guān)系。當入 射光頻 率低于某極限值v0 （v0隨不同金屬而異）時，不論光的強度如何，照射時間 多長，都沒有 光電流產(chǎn)生。5）光電效應是瞬時效應。即使入射光的強度非常微弱，只要頻率大于v0，在開始照 射后立即有光電子產(chǎn)生，所經(jīng)過的時間至多為10-9秒的數(shù)量級。U。v圖10-2截止電壓U0與頻率v的關(guān)系圖按照愛因斯坦的光量子理論，光能并不像電磁波理論所想象的那樣，分布在波陣面 上，而是集中在被

3、稱之為光子的微粒上，但這種微粒仍然保持著頻率（或波長）的概 念，頻率為v的光子具有能量E=hv，h為普朗克常數(shù)。當光子照射到金屬表面上時， 一次為金屬中的電子全部吸收，而無需積累能量的時間。電子把這能量的一部分用來 克服金屬表面對它的吸引力，余下的就變?yōu)殡娮与x開金屬表面后的動能，按照能量守 恒原理，愛因斯坦提出了著名的光電效應方程：hv =:用妃+ A由該式可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動能越大，所以即使陽極 電位比陰極電位低時也會有電子落入陽極形成光電流，直至陽極電位低于截止電壓，光電流才為零，此時有關(guān)系：陽極電位高于截止電壓后，隨著陽極電位的升高，陽極對陰極發(fā)射的電子的收集作

4、用越強，光電流隨之上升；當陽極電壓 高到一定程度，已把陰極發(fā)射的光電子幾乎全收集到陽極，再增加UAK時I不再變 化，光電流出現(xiàn)飽和，飽和光電流IM的大小與入射光的強度P成正 比。光子的能顯由邊由時”電子不能脫離金屬.因而沒有光電流產(chǎn)生產(chǎn)生光電敢建的最低頊率（截止拂率）是護將（10-2）式代入式可得】機 P 峋）（10-3）此式表明截k電屋坑是頻率浙線性函數(shù)，直線斜率只要用實驗方法得出不同的頻率對應的截止電壓，求出直線斜率，就可算出普朗克常數(shù)加愛因斯也的光單子理論成功地解樣了光電歐應規(guī)律.數(shù)據(jù)處理最小二乘法處理實驗數(shù)據(jù)：Linear model Polyl:f(x) = p1*x + p2Coe

5、fficients (with 95% confidence bounds):p1 =-0.4403 (-0.4653, -0.4354)p2 =2.142 (2.048, 2.237)Goodness of fit:SSE: 8.241e-05R-square: 0.9999Adjusted R-square: 0.9998 RMSE: 0.006419再利用h=ek可知：h= - = 7.21 x 10-34(m2 - kg/s e利用圖像法：利用求圖像斜率可知，該值和最小二乘法求出來的結(jié)果差不多。求所求值與普朗克常量精確值之間得關(guān)系z=7.21k=6.62; m=(z-k)/km =0.

6、0891所以相對誤差8.91%實驗結(jié)論及現(xiàn)象分析實驗測得的普朗克常量為：H=6.68*10（-34）相對誤差千分之8討論問題J.請解怪什么足逸出功人 以及怎樣可以族裁化電壓m與）t頻率v兩昔的線性關(guān)系中求出逸出功W.清討論-下.不同金屬材料的逸出功會否相同，并II以解釋請討澄一下.不同金崛材料的 明 線性關(guān)系會否相同并加以解悍-4靖解耗什么是暗電流、本底電流、和陽極反向電流，以及它們拜自出現(xiàn)的原因，并討論它們律自會怎樣彩響,零電流法”對截ill電壓&的測量結(jié)果，問題一：逸出功又叫功函數(shù)或脫出功，是指電子從金屬表面逸出時克服表面勢壘必須做的功。常用 單位是電子伏特（eV）。金屬材料的逸出功不但與

7、材料的性質(zhì)有關(guān)，還與金屬表面的狀態(tài)有關(guān)電子所能吸收的能量是E=h u，其中u是輻射波的頻率。E大于逸出功就可以使電子擺脫原 子核的束縛而逃離，公式中h是一個常量，u越大電子能量越大，達到逸出功就出去了，能讓 電子獲得足夠的能量的頻率一般在光頻的波段，這就是光頻率與光電效應的關(guān)系。而光強是單位時間照射到單位面積上的光通量，光強越大，單位時間在單位面積輻射的波 就越多，逸出的電內(nèi)子就越多。（前提是光達到逸出所需的頻率）。截止頻率不知道指的是什么，如果是說不能發(fā)生光電效應的那個頻率就跟光頻率那個問題 一樣了，臨界的那個頻率，就是使電子獲得的能量恰好等于逸出功時的頻率。問題二：不同金屬材料的逸出功顯然

8、不同，逸出功表示的是金屬的性質(zhì)，不同的金屬的性質(zhì)不同會 改變逸出功也就是金屬電子克服的能力。問題三：不同金屬的u-v關(guān)系是相同的，因為這個的斜率是普朗克常量，也就是我們現(xiàn)在這一塊所用 到的性質(zhì)。問題四：本底電流應該是所謂“暗電流”。光敏元器件的最大參數(shù)，表示沒有光照時能通過的電流稱為 暗電流，有光照時能通過的電流稱為光電流。電流是要形成內(nèi)回路時才會產(chǎn)生，所以，陽極有多少電流，陰極也應該一致，所以，陽極 兩字沒有意容義，只能說明是在陽極串聯(lián)測試的而已。實驗現(xiàn)象觀察與原始數(shù)據(jù)記錄光電流和對應電壓值的關(guān)系:波長365nm:測量次數(shù)123電壓0.00-0.1-0.2電流0.080.020.00波長 5

9、46.1nm:測量次數(shù)1234電壓0.00-0.2-0.3-0.4電流-0.590.170.02-0.06波長 435.8nm:測量次數(shù)1234567電壓0.00-0.2-0.4-0.6-0.8-0.9-1電流1.270.860.50.250.080.01-0.02波長 404.7nm:測量次數(shù)12345678電壓0.00-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.1-1.2電流1.561.100.710.2430.230.090.030.00波長 577.0nm: 100%透 光測量次數(shù)1234567891015電壓0.001.02.003.004.005.006.007.008.009.0030.00電流0.081.231.421.501.591.611.651.681.631.652.08波長 577.0nm: 50%透 光測量次數(shù)1234567891015電壓0.001.02.003.004.005.006.007.008.009.0030.00電流0.040.610.720.750.770.780.790.810.820.830.84波長 577.0nm: 25%透 光測量次數(shù)1234567891015電壓0.001.02.003.004.005.006.007.008.009.0030.00電流0.040.310.360.370.380.390.400.