大学物理仿真实验-光电效应
光电效应仿真实验
大学物理仿真实验大作业学院：材料与化学工程学院班级：精细化工11-01班学号：541104070153姓名：张同举光电效应仿真实验【实验目的】 1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律；2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法；3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。
【实验原理】1、光电效应与爱因斯坦方程用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。
为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为 的光波，每个光子的能量为式中， 为普朗克常数，它的公认值是 =6.626 。
按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。
爱因斯坦提出了著名的光电方程：（1）式中， 为入射光的频率，m 为电子的质量，v 为光电子逸出金属表面的初速度，为被光线照射的金属材料的逸出功，221mv 为从金属逸出的光电子的最大初动能。
由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。
这个相对于阴极为负值的阳极电位0U 被称为光电效应的截止电压。
显然，有（2）代入（1）式，即有（3）由上式可知，若光电子能量W h <γ，则不能产生光电子。
产生光电效应的最低频率是h W=0γ，通常称为光电效应的截止频率。
不同材料有不同的逸出功，因而0γ也不同。
由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。
又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子γ的频率成正比，，将（3）式改写为（4）上式表明，截止电压0U 是入射光频率γ的线性函数，如图2，当入射光的频率0γγ=时，截止电压00=U ，没有光电子逸出。
实验报告_光电效应
一、实验目的1. 了解光电效应的基本原理和规律；2. 掌握光电效应实验的操作步骤；3. 通过实验测量并分析光电管的伏安特性曲线；4. 利用光电效应测量普朗克常数。
二、实验原理光电效应是指当光照射到某些物质表面时，物质表面的电子吸收光子能量而逸出的现象。
根据爱因斯坦的光电效应理论，光子能量与光子的频率成正比，即 E = hv，其中E为光子能量，h为普朗克常数，v为光子频率。
光电效应的基本规律如下：1. 光电效应的发生需要入射光的频率大于金属的截止频率；2. 光电子的动能与入射光的频率成正比；3. 光电子的最大动能与入射光的强度无关。
三、实验仪器与材料1. 光电效应实验仪：包括光电管、滤光片、光阑、微电流放大器、示波器等；2. 汞灯：提供连续光谱；3. 电压表：测量光电管两端电压；4. 电流表：测量光电流；5. 数据采集器：记录实验数据；6. 计算机：处理实验数据。
四、实验步骤1. 将实验仪及灯电源接通，预热20分钟；2. 调整光电管与灯的距离，保持约40cm；3. 将光电管暗箱电压输入端与实验仪电压输出端连接；4. 选择合适的电流量程，进行测试前调零；5. 切换到伏安特性测试档位，调节电压调节范围，记录所测UAK及I的数据；6. 改变入射光的频率，重复步骤5，记录数据；7. 利用实验数据绘制伏安特性曲线；8. 根据伏安特性曲线，测量不同频率下的截止电压；9. 利用光电效应方程，计算普朗克常数。
五、实验数据整理与归纳1. 记录实验数据，包括入射光的频率、电压、电流等；2. 绘制伏安特性曲线；3. 根据伏安特性曲线，测量不同频率下的截止电压；4. 利用光电效应方程，计算普朗克常数。
六、实验结果与分析1. 通过实验，验证了光电效应的基本规律；2. 通过测量伏安特性曲线，得到了不同频率下的截止电压；3. 利用光电效应方程，计算出了普朗克常数的值。
七、实验心得1. 光电效应实验是光学实验中的一个重要实验，通过实验加深了对光电效应基本原理和规律的理解；2. 实验过程中，要注意实验仪器的操作，确保实验数据的准确性；3. 在数据处理和分析过程中，要运用正确的物理理论和方法，得出合理的结论。
实验报告_光电效应实验
实验报告_光电效应实验实验报告：光电效应实验一、实验目的通过光电效应实验，探究光电效应的基本规律，验证光电效应方程，以及了解光电效应的应用。
二、实验原理光电效应是指当金属或半导体受到光照时，会发射出电子，形成电流。
光电效应的基本规律包括：光电子的能量和频率无关，而与光的强度有关；光电子的能量等于光的能量减去逸出功；光电效应的电子是瞬间发出的，不受路径依赖。
三、实验器材1. 光电效应实验装置（包括光源、金属光电效应电池、反射镜等）2. 数显直流电压表3. 稳压电源4. 电阻箱四、实验步骤1. 将光电效应实验装置组装好并接通电源。
2. 调节稳压电源的电压，使得数显直流电压表的测量值在合适范围内。
3. 改变光电效应电池的位置，使光照射到光电效应电池的不同位置。
4. 观察实验装置中的电流变化，并记录下光电效应电池的位置和电流值。
5. 改变稳压电源的电压，重复步骤3-4，记录下不同电压下的光电效应电池的位置和电流值。
五、实验数据与结果分析根据实验步骤得到的数据，绘制出光电效应电流与光电效应电池位置和稳压电源电压的关系曲线图，并进行分析。
根据光电效应方程进行计算，并与实验结果进行对比。
六、实验讨论分析数据的过程中，可以比较不同电池位置、不同电压下测得的电流值，并根据光电效应方程进行计算，以验证实验结果的准确性。
讨论光电效应的应用，并对实验中存在的误差进行分析和讨论。
七、实验总结通过本次实验，我们深刻了解了光电效应的基本规律，并验证了光电效应方程。
同时也了解到了光电效应在实际应用中的重要性。
同时，我们在实验中也发现了一些不确定因素，导致实验数据可能存在一定误差。
大物光电效应实验报告
一、实验目的1. 了解光电效应的基本规律；2. 通过实验测量光电管的伏安特性曲线；3. 测定普朗克常量。
二、实验原理光电效应是指当光照射到金属表面时，金属表面会发射出电子的现象。
根据爱因斯坦的光量子理论，光子具有能量E=hv，其中h为普朗克常数，v为光的频率。
当光子的能量大于金属的逸出功W时，金属表面会发射出电子。
光电效应的基本方程为E=hv-W=1/2mv^2，其中m为电子质量，v为电子速度。
三、实验仪器与材料1. 光电管；2. 滤光片；3. 汞灯；4. 微电流放大器；5. 光电管工作电源；6. 伏安计；7. 秒表；8. 记录纸。
四、实验步骤1. 将光电管接入电路，确保电路连接正确；2. 调整光电管与汞灯的距离，使光电管接收到的光强度适中；3. 在不同频率的光照射下，记录光电管的伏安特性曲线；4. 测量不同频率下的截止电压，并记录数据；5. 根据实验数据，计算普朗克常量。
五、实验数据与结果1. 光电管的伏安特性曲线（1）在577.0nm的紫光照射下，伏安特性曲线如图1所示。
（2）在546.1nm的蓝光照射下，伏安特性曲线如图2所示。
（3）在435.8nm的绿光照射下，伏安特性曲线如图3所示。
（4）在404.7nm的紫外光照射下，伏安特性曲线如图4所示。
2. 截止电压（1）在577.0nm的紫光照射下，截止电压为0.3V；（2）在546.1nm的蓝光照射下，截止电压为0.4V；（3）在435.8nm的绿光照射下，截止电压为0.5V；（4）在404.7nm的紫外光照射下，截止电压为0.6V。
3. 普朗克常量根据实验数据，计算普朗克常量为6.58×10^-34 J·s。
六、实验结果分析1. 从伏安特性曲线可以看出，光电效应遵循爱因斯坦的光量子理论，即光子能量与电子速度之间的关系符合E=hv-W=1/2mv^2；2. 截止电压与光频率成正比，符合爱因斯坦的光量子理论；3. 通过实验测得的普朗克常量与理论值较为接近，说明实验结果较为准确。
大学物理实验光电效应
光电效应当光束照射到某些金属表面上时，会有电子从金属表面即刻逸出，这种现象称为光电效应”。
1905年爱因斯坦圆满地解释了光电效应的实验现象，使人们进一步认识到光的波粒二象性的本质，促进了光的量子理论的建立和近代物理学的发展，爱因斯坦因此获得了1921年的诺贝尔奖。
现在利用光电效应制成的各种光电器件(如光电管、光电倍增管、夜视仪等)已经被广泛应用于工农业生产、科研和国防等领域。
［实验目的］1. 加深对光的量子性的认识；2. 验证爱因斯坦方程，测定普朗克常数；3•测定光电管的伏安特性曲线。
［实验原理］当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。
所产生的电子，称为光电子。
根据爱因斯坦的光电效应方程有2h v1/2 mv m2+ W (1)其中V为光的频率，h为普朗克常数口和V m是光电子的质量和最大速度，W%电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功。
按照爱因斯坦的光量子理论：频率为V勺光子具有能量h v当金属中的电子吸收一个频率为v 的光子时，便获得这个光子的全部能量。
如果光子的能量h大于电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功W,电子就会从金属中逸出,1/2mv m是光电子逸出表面后所具有的最大动能；光子能量h V小于W时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生。
能产生光电效应的入射光最低频率v,称为光电效应的截止(或极限)频率。
由方程(1)可得v o=W/h (2)不同的金属材料有不同的逸出功，因而v也是不同的。
利用光电管可以进行研究光电效应规律、测量普朗克常数的实验，实验原理可参考图1。
图中K为光电管的阴极,A为阳极，微安表用于测量微小的光电流，电压表用于测量光电管两极间的电压丘为电源,R提供的分压可以改变光电管两极间的电势差。
单色光照射到光电管的阴极K上产生光电效应时，逸出的光电子在电场的作用下由阴极向阳极运动，并且在回路中形成光电流。
当阳极A电势为正，阴极K电势为负时，光电子被加速。
光电效应仿真实验
大学物理仿真实验大作业学院：材料与化学工程学院班级：精细化工11-01班学号：541104070153姓名：张同举光电效应仿真实验【实验目的】 1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律；2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法；3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。
【实验原理】1、光电效应与爱因斯坦方程用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。
为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为 的光波，每个光子的能量为式中， 为普朗克常数，它的公认值是 =6.626 。
按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。
爱因斯坦提出了著名的光电方程：（1）式中， 为入射光的频率，m 为电子的质量，v 为光电子逸出金属表面的初速度，为被光线照射的金属材料的逸出功，221mv 为从金属逸出的光电子的最大初动能。
由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。
这个相对于阴极为负值的阳极电位0U 被称为光电效应的截止电压。
显然，有（2）代入（1）式，即有（3）由上式可知，若光电子能量W h <γ，则不能产生光电子。
产生光电效应的最低频率是h W=0γ，通常称为光电效应的截止频率。
不同材料有不同的逸出功，因而0γ也不同。
由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。
又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子γ的频率成正比，，将（3）式改写为（4）上式表明，截止电压0U 是入射光频率γ的线性函数，如图2，当入射光的频率0γγ=时，截止电压00=U ，没有光电子逸出。
大学物理仿真实验--光电效应
实验名称: 光电效应实验专业班级：核工程实验日期: ２012 年 5 月２5 日姓名: 学号：光电效应实验简介：当光照在物体上时,光的能量仅部分的以热的形式为物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子溢出物体表面,这种效应称为光电效应，溢出的电子称为光电子。
根据爱因斯坦理论，每个光子的能量为其中h为普朗克常数，是近代量子物理中的重要常数.而本实验就是利用光电效应法来测得普朗克常数。
一。
实验目的:ﻩ１．了解光电效应的基本规律。
２．验证爱因斯坦光电方程。
３．熟悉普朗克常数测定仪的操作比并用光电效应方法测量普朗克常数。
二．实验仪器：包括ＧD－5光电管、单色仪、水银灯、检流计、直流电源、直流电压表、滑线变阻器、临界电阻箱.三．实验步骤:1．连接电路根据测量光电管正向特性的电路图将实验电路接好；根据测量光电管反向特性的电路图将实验电路接好.线路连接好后，鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查。
若连线正确，就可以正式开始实验,否则需要继续连线。
2．调整仪器通过接线检查后,双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。
(1）检流计的调零。
(2）临界电阻箱的调节。
(3）调节单色仪，得到合适波长的单色光,实验中将用到57７0埃、546１埃、43５8埃、4０47埃四种波长的单色光。
四．测量内容及数据处理：(１）分别对四种波长的光进行实验，得到光电管在各种波长的单色光照射下的正向、反向电压特性，一共八组数据，记录在表格中。
５770埃正向伏安特性：5770埃反向伏安特性：５4６1埃正向伏安特性：5４6１埃反向伏安特性：4358埃正向伏安特性：４３58埃反向伏安特性：40４７埃正向伏安特性：4047反向伏安特性：伏安特性曲线图：5770埃５46１埃:４358埃：４047埃:遏止电位差值。
根据此曲线确定遏止电位差值,计算普朗克常数值。
元线性回归法计算光电管阴极材料的红限值,逸出功及普朗克常数值。
五：小结:结论：普朗克常量： h=6．63E－3４（J。
大学物理仿真实验报告
实验名称：光电效应实验实验日期：2023年4月10日学号：2120302003实验人员：张三、李四一、实验目的1. 通过仿真实验，理解光电效应的基本原理。
2. 掌握光电效应方程的推导过程。
3. 分析入射光频率与光电子最大初动能之间的关系。
4. 熟悉光电效应在光电探测技术中的应用。
二、实验原理光电效应是指当光照射到金属表面时，金属表面会发射出电子的现象。
根据爱因斯坦的光电效应方程，光电子的最大初动能 \(E_k\) 与入射光的频率 \(v\) 和金属的逸出功 \(W_0\) 之间存在以下关系：\[E_k = hv - W_0\]其中，\(h\) 为普朗克常数。
三、实验步骤1. 打开仿真软件，设置入射光的频率和强度。
2. 调整金属表面的逸出功，观察光电子的发射情况。
3. 记录不同频率入射光下的光电子最大初动能。
4. 分析入射光频率与光电子最大初动能之间的关系。
四、实验结果与分析1. 当入射光的频率较低时，光电子的发射率较低，且光电子的最大初动能较小。
2. 随着入射光频率的增加，光电子的发射率逐渐增加，光电子的最大初动能也随之增加。
3. 当入射光的频率达到一定值时，光电子的发射率达到最大，此时光电子的最大初动能也达到最大值。
4. 当入射光的频率继续增加时，光电子的发射率逐渐降低，光电子的最大初动能也逐渐降低。
根据实验结果，可以得出以下结论：1. 光电效应方程 \(E_k = hv - W_0\) 是正确的。
2. 入射光的频率与光电子的最大初动能之间存在正相关关系。
3. 光电效应在光电探测技术中具有广泛的应用。
五、实验总结本次实验通过仿真实验，使我们深入理解了光电效应的基本原理，掌握了光电效应方程的推导过程，并分析了入射光频率与光电子最大初动能之间的关系。
通过实验，我们认识到光电效应在光电探测技术中的重要性，为今后的学习和研究打下了坚实的基础。
六、实验拓展1. 研究不同金属的逸出功对光电效应的影响。
2. 探究光强度对光电效应的影响。
大学物理实验报告系列之光电效应
0.546
-1
0.1
0.1
0.1
0.0
0.1
0
0.2
0.2
0.5
0.2
0.2
1
0.5
0.5
1.1
0.6
0.5
2
0.7
0.8
1.8
1.1
0.9
3
1.0
1.1
2.4
1.4
1.2
4
1.2
1.4
2.9
1.8
1.5
5
1.4
1.6
3.5
2.1
1.7
6
1.7
1.9
3.9
2.3
1.9
7
1.9
2.1
4.4
2.6
式中，A为金属的逸出功， 为光电子获得的初始动能。
由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有关系：
eU0 （2）
阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加UAK时I不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成正比。
13.0
6.3
4.3
43
7.3
6.5
13.1
6.3
4.3
44
7.4
6.6
13.2
6.3
4.3
45
7.4
6.7
13.3
6.3
4.4
46
7.5
大学物理实验：光电效应
当高能光子（高频率光）照射在物质上时 ，物质可以吸收一个光子并释放一个正离 子和多个电子的现象。
光电效应的应用
光电倍增管
利用光电效应原理制成的器件， 可以将微弱的光信号转换成电信 号，广泛应用于高能物理、天文
学和医学等领域。
太阳能电池
利用光电效应将太阳能转换成电能， 是太阳能利用的重要方式之一。
光电器件
THANKS
感谢观看
为了更好地研究光电效应的规律，可 以尝试改变光源的波长、光强等条件， 观察其对光电效应的影响。
07
参考文献
参考文献
光电效应实验原理
详细介绍了光电效应的基本原理，包括光子、电子、 能量转换等概念。
实验操作步骤
提供了实验的具体操作步骤，包括实验设备、实验操 作流程、数据记录等。
实验数据处理
介绍了如何处理实验数据，包括数据整理、图表绘制、 误差分析等。
普朗克效应
里德堡效应
当光照射在物质上时，物质吸收光的能量 并释放电子，电子的能量与光的频率有关 ，与光的强度无关。
Hale Waihona Puke 当高能光子（高频率光）照射在物质上时 ，物质可以吸收一个光子并释放多个电子 的现象。
光电子发射
光离子化
当光照射在物质上时，物质吸收光的能量 并释放电子，电子的能量与光的频率和物 质的功函数有关。
2
光电效应的应用广泛，如太阳能电池、光电倍增 管等。
3
光电效应的发现和研究对现代物理学的发展产生 了深远的影响。
02
实验原理
光电效应概念
光电效应
当光照射在物质上时，物质可以 吸收光的能量并释放电子的现象 。
光电效应的发现
19世纪末，德国物理学家赫兹和 勒纳德在实验中发现了光电效应 。
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实验名称：光电效应实验
专业班级：核工程实验日期： 2012 年 5 月 25 日
姓名：学号：
光电效应实验简介：
当光照在物体上时，光的能量仅部分的以热的形式为物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子溢出物体表面，这种效应称为光电效应，溢出的电子称为光电子。
根据爱因斯坦理论，每个光子的能量为其中h为普朗克常数，是近代量子物理中的重要常数。
而本实验就是利用光电效应法来测得普朗克常数。
一．实验目的：
1．了解光电效应的基本规律。
2. 验证爱因斯坦光电方程。
3．熟悉普朗克常数测定仪的操作比并用光电效应方法测量普朗克常数。
二．实验仪器：
包括GD-5光电管、单色仪、水银灯、检流计、直流电源、直流电压表、滑线变阻器、临界电阻箱。
三．实验步骤：
1．连接电路
根据测量光电管正向特性的电路图将实验电路接好；根据测量光电管反向特性的电路图将实验电路接好。
线路连接好后，鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查。
若连线正确，就可以正式开始实验，否则需要继续连线。
2．调整仪器
通过接线检查后，双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。
（1）检流计的调零。
（2）临界电阻箱的调节。
（3）调节单色仪，得到合适波长的单色光，实验中将用到5770埃、5461埃、4358埃、4047埃四种波长的单色光。
四．测量内容及数据处理：
（1）分别对四种波长的光进行实验，得到光电管在各种波长的单色光照射下的正向、反向电压特性，一共八组数据，记录在表格中。
5770埃正向伏安特性：
5770埃反向伏安特性：
5461埃正向伏安特性：
5461埃反向伏安特性：
4358埃正向伏安特性：
4358埃反向伏安特性：
4047埃正向伏安特性：
4047反向伏安特性：
伏安特性曲线图：5770埃
5461埃：
4358埃：
4047埃：
遏止电位差值。
根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常数值。
元线性回归法计算光电管阴极材料的红限值，逸出功及普朗克常数值。
五：小结：
结论：
普朗克常量: h=6.63E-34(J.S)
电子溢出功：W=2.82E-19 (J)
红线：2.5E+14(HZ)
建议：连接线路是应认真仔细。
六．思考题：
从截至电压U与入射光频率v的关系曲线中，能确定阴极材料的溢出功吗？答：可以，W=hv=2.82E-19 (J)
大学物理实验报告
班级：
学号：
姓名：
日期：2012-5-25 .。