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PAGEPAGE3實驗三光電效應(yīng)【實驗?zāi)康摹考由顚獾牧孔有缘恼J識。驗證愛因斯坦方程,測定普朗克常數(shù)。測定光電管的伏安特性曲線?!緦嶒炘怼慨斠欢l率的光照射到某些金屬表面上時,可以使電子從金屬表面逸出,這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng).所產(chǎn)生的電子,稱為光電子。光電效應(yīng)是光的經(jīng)典電磁理論所不能解釋的。1905年愛因斯坦依照普朗克的量子假設(shè),提出了光子的概念。他認為光是一種微?!庾樱活l率為的光子具有能量h,h為普朗克常數(shù),目前國際公認值為h=(6.6260755±0.0000040)×10-34J·s。當金屬中的電子吸收一個頻率為的光子時,便獲得這光子的全部能量h,如果這能量大于電子擺脫金屬表面的約束所需要的逸出功W,電子就會從金屬中逸出.按照能量守恒原理有:(3.1)上式稱為愛因斯坦方程,其中m和vm是光電子的質(zhì)量和最大速度,是光電子逸出表面后所具有的最大動能.它說明光子能量h小于W時,電子不能逸出金屬表面,因而沒有光電效應(yīng)產(chǎn)生;產(chǎn)生光電效應(yīng)的入射光最低頻率=W/h,稱為光電效應(yīng)的極限頻率(又稱紅限)。不同的金屬材料有不同的逸出功,因而也是不同的。用光電管進行光電效應(yīng)實驗,測量普朗克常數(shù)的實驗原理如圖3.1所示。圖中K為圖3.1光電效應(yīng)實驗原理圖光電管的陰極,A為陽極,微安表用于測量微小的光電流,電壓表用于測量光電管兩極間的電壓,E為電源,R提供的分壓可以改變光電管兩極間的電勢差。當單色光入射到光電管的陰極K上時,如有光電子逸出,則當陽極A加正電勢,K加負電勢時,光電子就被加速;而當K加正電勢,A加負電勢時,光電子就被減速。當A、K之間所加電壓U足夠大時,光電流達到飽和值Im,當U≤-U0,并滿足方程源為-3~+3V連續(xù)可調(diào),電壓量程分0V~±1V~±2V~±3V六段讀數(shù),讀數(shù)精度0.02V。測量放大器可以連續(xù)地工作8小時以上。圖3.5光電效應(yīng)實驗裝置示意圖【實驗內(nèi)容】測試前的準備(1)將光源、光電管暗盒、微電流測量放大器安放在適當位置,連接好光電管暗盒與測量放大器之間的屏蔽電纜、地線和陽極電源線。參見圖3.5和圖3.6。將微電流測量放大器面板上各開關(guān)、旋鈕置于下列位置:“倍率”開關(guān)置“ZERO”;“電流極性”置“-”;“工作選擇”置“DC”;“掃描平移”任意;“電壓極性”置“-”;“電壓量程”置“-3”;“電壓調(diào)節(jié)”反時針調(diào)到頭。(2)打開微電流測量放大器電源開關(guān)讓其預(yù)熱20-30分鐘。在光電管暗盒的光窗上裝光闌;并蓋上遮光罩,打開光源開關(guān),讓汞燈預(yù)熱。測量光電管的I—U特性使暗盒離開光源30~50cm,基本等高,暗盒窗口正對光源出射孔。取去暗盒窗口上的遮光罩,換上波長λ=365nm的濾色片。將倍率旋鈕置于“10-7”檔,此時光電流大小應(yīng)在此量程范圍內(nèi)(注意,光電管暗盒正對汞燈時,電流最小)。選擇合適的電流和電壓量程,測出-3~3V時不同電壓下的光電流。測量時,-3~0V時每0.1V測一個點,0V以上可加大間隔。測量光電管拐點和本底電流。依次調(diào)換不同波長的濾色片,重復(fù)上面的測量,只測-3~0V時的光電流,每0.1V測一個點。擋住汞燈出光口,測量0V時光電管的本底電流(每個濾色片都測)。測量光電管的暗電流。用遮光罩罩住光電管暗盒,測量0V時光電管的暗電流。求普朗克常數(shù)h把不同頻率下的截止電壓描繪在方格紙上,如果實驗結(jié)果準確,則U0=f(ν)關(guān)系曲線是一直線,求出直線的斜率,從而可算出普朗克常數(shù)h,并將結(jié)果與公認值比較,求出百分誤差?!咀⒁馐马棥吭跀?shù)據(jù)表格后加拐點及本底電流數(shù)據(jù)表(365nm的本底電流記在I—V表中)。電壓(V)-3.0-2.9-2.8-2.7-2.6-2.5-2.4-2.3-2.2-2.1-2.0405nm436nm546nm577nm電壓(V)-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.2-1.1-1.0-0.9405nm436nm546nm577nm電壓(V)-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10本底405nm436nm546nm577nm微電流測量放大器必須充分預(yù)熱。為避免強光直射陰極縮短光電管壽命,更換濾色片時以及實驗完畢后用遮光罩蓋住光電管暗
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