光电效应法测量普郎克常数-实验报告

实验十八 光电效应测定普朗克常量

实验目的：

1. 加深对光电效应和光的量子性的认识

2. 了解验证爱因斯坦光电效应方程的基本实验方法，测定普朗克常量

实验原理：

1．光电效应实验原理如右图所示。其中S 为 真空光电管，K 为阴极，A 为阳极。 2．光电流与入射光强度的关系

光电流随加速电位差U 的增加而增加，加 速电位差增加到一定量值后，光电流达到

饱和值和值I H ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 3．光电子的初动能与入射频率之间的关系 由爱因斯坦光电效应方程A mv hv +=

2

2

1 可见：光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。 4．光电效应有光电阈存在

实验指出，当光的频率0v v <时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程可知：h

A v =0，ν0称为红限。

爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：

j

i j i v v U U e h --=

)(

实验仪器：

GP-1A 型普朗克常量测定仪及GP-1A 型微电流测量仪等。或

光电管、单色仪（或滤波片）、水银灯、检流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等，接线电路如右图所示。（不同版本仪器不同）

实验内容：

1．

在365nm 、405nm 、436nm 、546nm 、577nm 五种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线，并根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常量h 。

2．

作a U v -的关系曲线，用一元线形回归法计算光电管阴极材料的红限频率、逸出功及h 值，并与公认值比较。

3．

在波长为577nm 的单色光，电压为20V 的情况下，分别在透光率为25%、50%、75%时的电流，进而研究饱和光电流与照射光强度的关系

原始数据：

1．波长为365nm:

2. 波长为405nm:

3.波长为436nm:

4.波长为546nm:

5. 波长为577nm:

6. 波长为577nm,电压为20V:

数据处理:

一 . 做出五个U-I 曲线:

1．波长为365nm(频率为8.22Hz 1410?)时：其中所找点为的横坐标为—1.425

2．波长为-0.995

3．波长为-0.935

I /u A

4.波长为-0.886

I / u A

5.波长为

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

10^14Hz

V

Linear Regression for Data1_B:

Y = A + B * X

Parameter Value Error

------------------------------------------------------------

A

-0.17355

0.61919 B 0.17626

0.08758

------------------------------------------------------------

R SD

N P

------------------------------------------------------------ 0.8182 0.17408 4 0.1818 ------------------------------------------------------------

3.由上面线性拟合可得: 普朗克常量为3414191082.210176.0106.1)(---?=???=--=

j

i j i v v U U e h

红限为 Hz h A v 1334

19

01084.910

82.2106.1174.0?=???==--

三. 饱和光电流和光强的关系（λ=577nm,U=20V ）

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0.4

0.60.81.01.21.41.6

I / u A

%

Linear Regression for Data1_B:

Y = A + B * X

Parameter

Value

Error

------------------------------------------------------------

A 0.1

0.09487 B

0.0144

0.00139

------------------------------------------------------------

R

SD

N

P

------------------------------------------------------------ 0.99087

0.07746

4

0.00913

得出结论:

1. 实验测得的普朗克常量为34108

2.2-?=h ;单位？ 2. 实验测得的红限为Hz v 1301084.9?=;

3.饱和光电流和光强基本上成线性关系;

误差分析:

实验结果中的误差是很大的.经分析,出现误差的最主要原因应该是遏止电位差测量的不精确.. 由于存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流（即无光照射时的电流），所以测得的电流值，实际上包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分，所以伏安曲线并不与U轴相切,进而使得遏止电位差的判断较为困难.因此,实验的成败取决于电位差是否精确.为了减小实验的误差, 确定遏止电位差值，本实验中采取了交点法测量遏止电位差,但是实验的结果中的误差仍然很大,因此要在实验的同时注意以下一些注意事项以尽量减小误差。

注意事项:

1.严禁光源直接照射光电窗口,每次换滤光片时,必定要把出光口盖上;

2.严禁用手摸光学镜头表面;

3.小心轻放,不要把镜头摔坏；

4．测量中要注意抗外界电磁干扰，并避免光直接照射阳极和防止杂散光干扰。你们有的人的报告都用的同一个模版，连错误都完全一样，误差分析、格式也完全一样。

习题解答

【预习思考题】

1．一般来说，光电管的阳极和阴极的材料不同，它们的逸出功也不同，而且阴极的逸出功总是小于阳极的逸出功，因此它们之间的接触电势差在K-A 空间形成的是一个反向阻挡电场，试定量说明接触电势差对光电管伏安曲线的影响？

答：接触电势差使光电管伏安曲线向右平移。

2．什么是遏止电势差U c？影响遏止电势差确定的主要因素有哪些？在实验

中如何较精确地确定遏止电势差？

答：在阴极光电效应中，当光电管两端加上反向电压时,阴极光电流迅速减小,但直到反电压达到某个U c时阴极光电流才为零,U c称为阴极光电流遏止电势差。影响阴极光电流遏止电势差确定的主要因素有二：1.当光照射到阴极时，必然有部分光漫反射至阳极，至使阳极产生光电效应并发射光电子，这些光电子很易到达阳极而形成阳极光电流；2.当光电管无任何光照时，在外加电压作用下仍会有微弱电流流过，我们称之为光电管的暗电流。在实验中较精确地确定阴极光电流遏止电势差的方法是：拐点法

3．如何由光电效应测出普朗克常量h？

答：由实验得到遏止电势差U c和照射光的频率的直线关系，由直线斜率可求出h

【分析讨论题】

1．根据遏止电势差U c与入射光频率的关系曲线，请大致确定阴极材料逸出功与阳极材料逸出功之间的差值？

答：

2．在用光电效应测定普朗克常量的实验中有哪些误差来源？在实验中是如何减小误差的？你有何建议？

答：在用光电效应测定普朗克常量的实验中的误差来源主要来自单色光不够严格以及阴极光电流的遏止电势差的确定，而影响阴极光电流遏止电势差确定的主要因素有光电管的阳极光电流和光电流的暗电流。在实验中主要通过分析阳极光电流和暗电流的特点(阳极光电流在反向区域几乎呈饱和状态,而暗电流很小,且电流随电压线性变化，它们均对阴极光电流在U c显著拐弯的性质无影响)，在实验中通过对实际光电流测定,找到曲线拐点的方法来精确地求得U c的。

单色光的获得尽可能用精度较高的单色仪获得,而不用滤色(片)的方法获得；此外应尽量减小反射到阳极的散射光，适当提高光电管的真空度以及二电极之间的距离，以减小暗电流的大小。

3．作为比较，试用交点法确定遏止电势差U c，并由此利用作图法求出普朗克常量h，讨论两种方法的优点以及误差因素。

答：交点法：交点易找，也能比较精确确定，但由于暗电流与电压大小有关；阳极光电流的饱和电流与光强有关，故由交点法确定的遏止电势差U c，不再仅仅与光的波长有关,而且也将与光的光强以及反向电压的大小有关,由此误差很大,也难以分析以加于剔除。

拐点法：确定的遏止电势差U c，仅仅与光的波长有关,而与光的光强以及反向电压的大小无关，缺点是拐点的确定不易,有一定的误差。