光電效應法測普朗克常量實驗報告材料

標準文檔實驗題目：光電效應法測普朗克常量實驗目的：1.了解光電效應的基本規(guī)律；2.用光電效應方法測量普朗克常量和測定光電管的光電特性曲線。實驗原理：當光照在物體上時， 光的能量僅部分地以熱的形式被物體吸收， 而另一部分則轉換為物體中某些電子的能量， 使電子逸出物體表面， 這種現象稱為光電效應， 逸出的電子稱為光電子。在光電效應中，光顯示出它的粒子性質，所以這種現象對認識光的本性，具有極其重要的意義。光電效應實驗原理如圖 所示。1． 光電流與入射光強度的關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。當 U=UA-UK變成負值時，光電流迅速減小。實驗指出，有一個遏止電位差 Ua存在，當電位差達到這個值時，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 U=Ua時，光電子不再能達到 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1mv2 eUa （1）2根據愛因斯坦關于光的本性的假設， 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 hv，其中h為普朗克常量，ν為光波的頻率。所以不同頻率的光波對應光子的能量不同。光電子吸收了光子的能量 hν之后，一部分消耗于克服電子的逸出功A，另一部分轉換為電子動能。由能量守恒定律可知hv 1mv2 A （2）2實用大全標準文檔式（2）稱為愛因斯坦光電效應方程。由此可見，光電子的初動能與入射光頻率 ν呈線性關系，而與入射光的強度無關。3． 光電效應有光電存在實驗指出，當光的頻率vv0時，不論用多強的光照射到物質都不會產生光電效應，根據式（2），v0A，ν0稱為紅限。h愛因斯坦光電效應方程同時提供了測普朗克常量的一種方法：由式（1）和（2）可得：hveU0A，當用不同頻率（ν1，ν，ν，23?，ν）的單色光分別做光源時，就有nhv1eU1Ahv2eU2A????hvn eUn A任意聯立其中兩個方程就可得到e(Ui Uj)h （3）vi vj由此若測定了兩個不同頻率的單色光所對應的遏止電位差即可算出普朗克常量 h，也可由ν-U直線的斜率求出 h。因此，用光電效應方法測量普朗克常量的關鍵在于獲得單色光、 測得光電管的伏安特性曲線和確定遏止電位差值。實驗中，單色光可由水銀燈光源經過單色儀選擇譜線產生。表8.2.1-1可見光區(qū)汞燈強譜線波長/nm頻率/1014Hz顏色579.05.179黃577.05.黃546.15.492綠435.86.882藍404.77.410紫365.08.216近紫外實用大全標準文檔為了獲得準確的遏止電位差值，本實驗用的光電管應該具備下列條件：1）對所有可見光譜都比較靈敏。2）陽極包圍陰極，這樣當陽極為負電位時，大部分光電子仍能射到陽極。3）陽極沒有光電效應，不會產生反向電流。4）暗電流很小。但是實際使用的真空型光電管并不完全滿足以上條件。 由于存在陽極光電效應所引起的反向電流和暗電流（即無光照射時的電流） ，所以測得的電流值，實際上包括上述兩種電流和由陰極光電效應所產生的正向電流三個部分，所以伏安曲線并不與 U軸相切。由于暗電流是由陰極的熱電子發(fā)射及光電管管殼漏電等原因產生， 與陰極正向光電流相比， 其值很小，且基本上隨電位差 U呈線性變化，因此可忽略其對遏止電位差的影響。陽極反向光電流雖然在實驗中較顯著，但它服從一定規(guī)律。據此，確定遏止電位差值，可采用以下兩種方法：（1） 交點法光電管陽極用逸出功較大的材料制作， 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，減少其上濺射的陰極材料， 實驗中避免入射光直接照射到陽極上， 這樣可使它的反向電流大大減少，其伏安特性曲線與圖 十分接近，因此曲線與 U軸交點的電位差值近似等于遏止電位差 Ua，此即交點法。（2） 拐點法光電管陽極反向光電流雖然較大， 但在結構設計上， 若使反向光電流能較快地飽和， 則伏安特性曲線在反向電流進入飽和段后有著明顯的拐點，如圖所示，此拐點的電位差即為遏止電位差。實驗容：實用大全標準文檔通過實驗了解光電效應的基本規(guī)律，并用光電效應法測量普朗克常量。1. 在光電管入光口裝上 365nm濾光片，電壓為-3V，調整光源和光電管之間的距離， 直到光電流為-0.3錯誤!未找到引用源。，固定此距離，不需再變動。分別測365nm，405nm,546nm,577nm的V-I特性曲線，從-3V到25V，拐點處測量盡量小。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和照射光強度的關系,作出Im～光強曲線。4.做Ua—V關系曲線，計算紅限頻率和普朗克常數 h,與標準值進行比較。實驗數據與數據處理 ：U/V-3.00-2.00-1.40-1.30-1.25-1.21-1.19-1.15-1.10-1.05-1.00I/錯誤!-0.3-0.2-0.10.00.00.00.10.10.20.30.4未找到引用源。U/V-0.95-0.90-0.80-0.50-0.200.201.002.003.005.08.0I/錯誤!未找到引0.50.60.81.62.95.07.69.210.111.311.9用源。U/V10.012.515.017.020.022.025.0I/錯誤!未找到引12.012.312.312.512.712.812.9用源。表一：365nm光下電壓和光電流U/V-3.00-2.50-2.00-1.20-1.10-1.03-1.00-0.90-0.80-0.78-0.70I/錯誤!未找到引-0.1-0.1-0.1-0.1-0.10.00.00.00.10.20.3用源。U/V-0.64-0.52-0.33-0.100.000.300.500.981.391.712.00I/錯誤!未找到引0.40.81.62.83.44.75.46.67.37.78.1用源。U/V2.352.683.005.06.57.510.014.517.025.0I/錯誤!未找到引8.48.68.79.49.69.79.910.010.110.3用源。表二：405nm光下電壓和光電流U/V-3.00-2.00-1.50-1.00-0.90-0.80-0.77-0.75-0.73-0.70-0.68I/錯誤!未找到引用-0.1-0.1-0.1-0.10.00.00.00.00.10.10.1源。U/V-0.65-0.60-0.54-0.50-0.43-0.33-0.22-0.100.000.691.40實用大全標準文檔I/錯誤!未找到引用0.20.30.40.50.81.21.82.53.05.97.3源。U/V1.701.902.302.603.005.07.510.015.020.025.0I/錯誤!未找到引用7.78.08.48.68.99.69.910.010.210.310.5源。表三：436nm光下電壓和光電流U/V-3.00-1.80-1.40-1.30-1.10-0.90-0.60-0.56-0.50-0.48-0.42I/錯誤!未找到引用-0.1-0.1-0.10.00.00.00.00.00.00.10.2源。U/V-0.30-0.200.000.200.500.801.001.301.501.802.00I/錯誤!未找到引用0.81.42.43.44.55.35.86.46.77.17.4源。U/V2.402.603.005.07.09.011.013.515.020.025.0I/錯誤!未找到引用7.98.18.29.49.89.910.110.210.310.410.5源。表四：546nm光下電壓和光電流U/V-3.00-2.00-1.50-1.00-0.80-0.60-0.56-0.50-0.46-0.41-0.38I/錯誤!未找到引0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.10.2用源。U/V-0.34-0.28-0.20-0.100.000.100.300.500.700.901.10I/錯誤!未找到引0.30.50.81.21.62.02.62.93.33.63.8用源。U/V1.401.702.002.303.005.07.012.519.020.025.0I/錯誤!未找到引4.14.34.64.85.05.45.55.75.85.85.8用源。表五：577nm光下電壓和光電流透光率100%75%50%25%0%I/錯誤!未找到引5.94.73.01.70.0用源。表六：在不同透光率下的飽和光電流（577nm光下）I/10^-6A14SmoothedY2實用大全1210標準文檔Ua=-1.17VI/10^-6ASmoothedY1A6-^01/I

10864200 5 10 15 20 25

圖二：405nm光下光電管的伏安特性曲線U/VUa=-0.89VI/10^-6ASmoothedY110實用大全86標準文檔Ua=-0.72VA6-^01/I

I/10^-6ASmoothedY11086圖四：546nm光下光電管的伏安特性曲線4200 5 10 15 20 25U/VUa=-0.22VI/10^-6A6SmoothedY1實用大全4圖五：546nm光下光電管的伏安A 特性曲線6標準文檔Ua=-0.15V做Ua—v關系曲線，計算紅限頻率和普朗克常數h,與標準值進行比較。8.50E+14y=3E+14x+5E+148.00E+14R2=0.99937.50E+147.00E+14系列16.50E+14線性(系列1)6.00E+145.50E+145.00E+140.10.30.50.70.91.11.3hek3.0010151.601019Js4.801034JsA5.001014Hzh%6.634.8027.60%6.63R0.996sk11/n20.052kr2U0.9974.801034uA2(KpB)20.0522(30.1)2Js0.541034JsC3因此普朗克常量的最終表達式為