光电效应测普朗克常数的三种方法
光电效应以与普朗克常数的测量
实验二十九 光电效应及普朗克常数的测量光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。
光电效应实验对于认识光的本质及早期量子理论的发展，具有里程碑式的意义。
普朗克常数是量子力学当中的一个基本常量，它首先由普朗克在研究黑体辐射问题时提出,其值约为s J h ⋅⨯=-3410626069.6，它可以用光电效应法简单而又较准确地求出。
1905年，爱因斯坦借鉴了普朗克在黑体辐射研究中提出的辐射能量不连续观点，并应用于光辐射，提出了“光量子”概念，建立了光电效应的爱因斯坦方程，从而成功地解释了光电效应的各项基本规律，使人们对光的本性认识有了一个飞跃。
1916年密立根用实验验证了爱因斯坦的上述理论，并精确测量了普朗克常数，证实了爱因斯坦方程。
因光电效应等方面的杰出贡献，爱因斯坦与密立根分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。
作为第一个在历史上实验测得普朗克常数的物理实验，光电效应的意义是不言而喻的。
一、实验目的1． 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。
2． 测量普朗克常数h 。
二、实验仪器仪器由汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪（含光电管电源和微电流放大器）构成，仪器结构如图1所示，测试仪的调节面板如图2所示。
汞灯：可用谱线365.0nm 、404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、577.0nm 、579.0nm 滤色片：5片，透射波长365.0nm 、404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、577.0nm 光阑：3片，直径分别为2mm 、4mm 、8mm光电管：阳极为镍圈，阴极为银-氧-钾（Ag-O-K ），光谱响应围320~700nm ，暗电流：I ≤2×10-13A （-2V≤U AK ≤0V ）光电管电源：2档，-2～0V ，-2～＋30V ，三位半数显，稳定度≤0.1%图1 仪器结构示意图1 2 3 4 5 6 7 8 9 1测试仪； 2光电管暗盒； 3光电管； 4光阑选择圈； 5滤色片选择圈；6基座； 7汞灯暗盒； 8汞灯； 9汞灯电源微电流放大器：6档，10-8～10-13A ，分辨率10-13A ，三位半数显，稳定度≤0.2%。
光电效应法测定普朗克常数
光电效应法测定普朗克常数一、实验任务1．测量普朗克常数测量五种频率光波的载止电压c U 。
列表记录数据。
测量时选择光电管与入射光之间的距离取400mm ，并选用孔径为2mm 的光阑（即2Φ）。
用最小二乘法计算普朗克常数。
2．测光电管的伏安特性曲线（用坐标纸画实验曲线）分别测量365nm(2Φ)、577nm(2Φ)、577nm(4Φ)条件下光电管的伏安特性曲线。
列表记录数据。
测试要求：电压变化范围0~50V ，电压小于30V 时，每间隔1V 测量1个数据点，电压大于30V 时，每间隔2V 测量1个数据点。
二、操作要点1．调整光电管与汞灯之间的距离为400mm ，并将实验仪及汞灯电源接通（汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上），预热20分钟。
2．测量前仪器的电流显示器要进行调零，改换量程时也要调零。
调零的方法是：将“电流量程”选择开关置于所选档位，将光电管暗箱电流输出端与实验仪电流输入端（后面板上）断开，旋转“调零”旋钮，使电流指示为000.0。
调好后，用高频匹配电缆将电流输入连接起来。
按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态。
三、注意事项1．滤光片及光阑应轻拿轻放，从仪器上卸下后，立即放入盒中特定位置，小心不要触及镜面。
2．该实验仪器具有极高的灵敏感，所以易受干扰。
因此在实验过程中动作要轻、不要碰测试电缆线等，不要使实验台受到振动。
四、报告要求1．列表记录数据.2．用最小二乘法计算普朗克常数，利用测得的普朗克常数与标准值计算相对误差。
3．利用坐标纸，在同一坐标纸系下，做不同条件下的光电管伏安特性曲线。
五、讨论题1、2 。
用光电效应测量普朗克常量
用光电效应测量普朗克常量【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。
【实验仪器】光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪【实验原理】1、存在截止频率v0 ：每一种金属都有一极限频率,当入射光的频率低于截止频率时，无论光的强度如何都没有光电子产生；（v0 红限频率）2、光电效应中产生光电子速度（初动能）与光强无关，而与入射光的频率成正比；3、瞬时效应：只要v>v0立即引起光电子发射(时间间隔小的可以忽略不计)4）当AKU大于或等于U0 后，I迅速增加然后趋于饱和。
饱和光电流强度Im 与入射光强P成正比。
然而对于这些实验事实，经典的波动理论无法给出圆满的解释爱因斯坦受普朗克量子假设的启发，提出了光量子假设，当光子照射金属时，金属中的电子全部吸收光子的能量hv，电子把光子能量的一部分变成它逸出金属表面所需的功W，另一部分转化为光电子的动能，即爱因斯坦光量子理论圆满地解释了光电效应的各条实验规律光强2 >光强1aU AKUI光强光强1S2IS1I光子能量: v：光子频率 h：普朗克常数光强： N:单位时间通过单位面积的光子个数当221mmveU时，光电子动能将变为零，eU代表光电子的最大初动能存在截止电压U0光电子的最大初动能等于它反抗电场力所做的功普朗克常数的测量：得截止电压U0与入射光频率v成直线关系：实验中可用不同频率的入射光照射，分别找到相应的遏止电压U0 ，就可作出U0～ v的实验直线，此直线的斜率就是k=h/e则普朗克常数：五、实验内容与步骤1、调整仪器(1)连接仪器；接好电源，打开电源开关，充分预热（不少于20分钟）。
(2)在测量电路连接完毕后，没有给测量信号时，旋转“调零”旋钮调零。
每换一次量程，必须重新调零。
(3)取下暗盒光窗口遮光罩，换上365.0nm滤光片，取下汞灯出光窗口的遮光罩，装好遮光筒，调节好暗盒与汞灯距离。
基础物理实验-光电效应法测定普朗克常数
基础物理实验-光电效应法测定普朗克常数
光电效应法测定普朗克常数是一项基础物理实验，是通过研究光电效应来测定普朗克常数（符号为h）的一种方式。
普朗克常数是物理定律中一个重要的常数，它影响到热力学、光学等物理现象。
其值与许多量子现象有关，因此普朗克常数的准确的测定具有很重要的意义。
光电效应法测定普朗克常数有两种方法：第一种是爱因斯坦-ヒル方法，第二种是思廉斯-威尔逊方法。
爱因斯坦-ヒル方法主要是测定半导体中发生光电效应时，所放射或吸收光子与电子电荷之间的关系。
思廉斯-威尔逊方法是研究普朗克常数在发生激光光电效应中及电子电荷与激光能量所关联的关系。
爱因斯坦-ヒル方法测定普朗克常数的具体实验操作是：测量铋基半导体片材，将研磨涂硅好的片材压入Si的夹头，然后将夹头底座接入电路中，成为一个封闭的系统；然后将强光源聚焦于夹头和片材之间，激发半导体材料，使它发射出电子，接着将其能谱绘制出来；最后根据电荷量分子和光子能量的关系求得普朗克常数的值。
思廉斯-威尔逊方法的实验过程是：首先构造一个电路，电路中要有激光源、金属晶体和放大器等元件；然后将一定能量的光束输出，激发金属晶体，使它产生电离；接着通过放大器将电离电荷数目设定为有限数量，最后通过积分器计算积分，得到普朗克常数的大小。
有了以上两个方法，人们便可以精确测定普朗克常数，并利用该方法进行其他实验中也会经常用到该常数的计算。
由此可见光电效应法测定普朗克常数的重要性。
通过本次实验学习，可以充分体现出基础物理实验中的实用性，使我们能够仔细学习其核心内容，深入理解并巩固学习结果。
光电效应测普朗克常数实验报告
光电效应测普朗克常数实验报告
实验目的：
通过光电效应实验测量普朗克常数h。
实验原理：
光电效应是指当光照射到金属表面时，如果光的能量大于金属的解离能，就会发生光电子的发射现象。
根据爱因斯坦的光量子假设，光可以看作是一束由多个粒子组成的光子流，而每个光子的能量E与光的频率f之间满足E = hf。
根据光电效应的
现象和爱因斯坦的理论，可以得出以下公式：
eφ = hf - W，其中eφ为光电子的最大动能，hf为光子的能量，W为金属的解离能。
根据上述公式，如果将金属的解离能W确定，通过测量光电
子的最大动能eφ和光的频率f，可以求得普朗克常数h。
实验步骤：
1. 将光源照射到金属板上，通过调节光源的频率f，找到使得
光电子产生最大动能的频率。
2. 使用电压源对金属板进行逆向电流加速，直到将光电子阻止，记录此时电压V。
3. 根据公式eφ = eV，求得光电子的最大动能eφ。
4. 根据测得的频率f和最大动能eφ，利用公式E = hf和eφ =
hf - W，求得普朗克常数h。
实验结果与分析：
根据测量数据和实验步骤，得到最大动能eφ和频率f之间的
关系图。
通过图形的斜率即可得到普朗克常数h的值。
实验误差：
实验中可能会存在一些误差，如金属板的污染、光源的不稳定性等。
为了减小误差，可以进行多次测量取平均值，并做数据处理和误差分析。
实验结论：
通过光电效应实验测量，得到了普朗克常数h的值。
光电效应及普朗克常数的测定总结
光电效应及普朗克常数的测定总结下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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光电效应测普朗克常数的三种方法_吴丽君
E1 =
h1 -h0 h0
=
6
.68
×10-34 -6 .626 ×10-34 6 .626 ×10-34
=0 .81 %
2.2 补偿法
补偿法是一种快速而准确的测量方法 。 通过补偿暗电流和本底电流对测量结果的影
响 , 以测量出准确的截止电压 U0 。 调节电压 UAK 使电流为零后 , 保持 UAK 不变 , 遮挡汞灯 光源 , 此时测得的电流 I1 为电压接近截止电压时的暗电流和本底电流 。 记录数据 I1 , 重 新让汞灯照射光电管 , 调节电压 UAK 使电流值至 I1 , 将此时对应的电压 UAK 的绝对值作为 截止电压U 0 , 并记录数据 。
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A FEW METHODS TO MEASURE PLANCKS CONSTANT BY PHOTOEMISSION
Wu Lijun Li Qian (Shenyang Ligong University , Shenyang , 110168)
Abstract :This paper briefly introduces the basic principles to measure plancks constant by photoemission and the three methods to measure cut -off voltage .Plancks constant is measured respectively in three methods , with the experiment data processed and calcuated , and the experiment result analyzed and discussed . Keywords:photoemission ;plancks constant;cut -off voltage
光电效应测量普朗克常量
光电效应测量普朗克常量一、前言光电效应是物理学中的一个基础概念，它是指当光子与物质相互作用时，能量被传递给物质，导致电子从物质中被释放出来。
这个现象在我们日常生活中有很多应用，比如太阳能电池板、数字摄像机和光电二极管等。
而在科学研究中，测量普朗克常量也是非常重要的一个任务。
二、什么是普朗克常量普朗克常量（Planck constant）是一个基本的自然常数，通常用符号h表示。
它描述了微观世界的行为方式，在量子力学中起着重要作用。
普朗克常量的数值为6.62607015×10^-34 J·s。
三、什么是光电效应在经典物理学中，我们认为当电磁波照射到金属表面时，金属会吸收能量并将其转化为热能。
但实际上，在某些条件下，金属表面会释放出电子。
这个现象就是光电效应。
四、测量普朗克常量的方法测量普朗克常量有很多方法，其中一种比较常见的方法是通过光电效应来测量。
这个方法基于爱因斯坦的光电效应理论，即当光子与金属相互作用时，会将能量传递给金属表面上的电子，使其跃迁到导体内部。
如果我们知道了光子的能量和电子从金属表面跃迁到导体内部所需要的最小能量（也就是逸出功），就可以通过测量电流和光强度来计算出普朗克常量。
五、实验步骤1. 实验器材：半导体激光器、反射镜、滤波器、准直器、样品台、数字万用表等。
2. 调整激光器输出波长和功率，使其符合实验要求。
3. 将激光束准直后，通过反射镜将其照射到样品台上的金属表面。
4. 在样品台上放置不同材质的金属片，并调整滤波器，使得只有特定波长的光线可以照射到金属片上。
5. 测量不同波长下的电流和光强度，并计算出逸出功。
6. 根据逸出功和不同波长下的能量差，计算出普朗克常量。
六、实验注意事项1. 实验过程中要保证实验器材的稳定性和精度。
2. 选择适当的金属片和滤波器，确保实验数据的准确性。
3. 在实验过程中要注意安全，避免激光对眼睛造成伤害。
七、结论通过测量光电效应可以得到逸出功和能量差，进而计算出普朗克常量。
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电压 ,然而实际上由于光电管的阳极反向电流 、暗电流 、本底电流及极间接触电位差的影 响 ,实测电流并非阴电流 。实测电流为零时对应的 UAK也并非实际截止电压 。截止电压 点应为反向光电流刚刚开始变小时对应的那一点 。即图 2 中 U0 点 。
由图 2 ,测量光电管的完整的伏安特性曲线 ,图中 U0 点为曲线向上抬头的起始点 , 形 象的称为“拐点”。通过实验仪器 ,在进行粗略测量的基础上进行精确测量并记录 。数据 从短波起小心的逐次更换滤色片 (切忌改变光源和光电管暗盒之间的相对位置) 。仔细读 出不同频率入射光照射下的光电流随电压的变化数据 。本实验采用 ZKY - GD - 3 光电 效应 (普朗克常数) 实验仪测量 ,实验数据详见附录 1 。
图 2 光电管的伏安特性曲线 图 3 实验曲线图
通过计算 (过程详见附录 2) ,求得 b1 = 4. 17 ×10 - 15
h1 = eb1 = 1. 60 ×10 - 19 ×4. 17 ×10 - 15 = 6. 68 ×10 - 34 (J ·S)
与公认值的相对误差为 (公认值 h0 = 6. 626 ×10 - 34J ·S)
(3)
U0 =
h e
(ν—ν0)
(4)
此式表明截止电压
U0 是频率ν的线性函数 ,直线斜率K=h e来自, 只要用实验方法测量
出不同的频率对应的截止电压 ,求出直线斜率就可算出普朗克常数 h 。
图 1 为利用光电效应测量普朗克常数的原理图。
2 测量截止电压 U0 的三种方法
211 拐点法 理论上 ,测出各频率的光照射阳极电流为零时对应的 UAK ,其绝对值即该频率的截止
才为零 。此时有关系 :
eU0 =
1 2
mv02
(2)
当光子的能量 hν0 < A 时 , 电子不能脱离金属 。因而没有光电流产生 。产生光电效
应的最低频率 (截止频率) 为ν0
=
A h
,A
为金属材料的逸出功 ,为定值 。
将 (2) 式代入 (1) 式可得 :
eU0 = hν- A = h (ν—ν0)
表 2 电流 I1 与截止电压 U0 的实验数据
λ(μm)
365
405
436
546
577
ν(1014Hz)
8. 22
7. 41
6. 88
5. 49
5. 20
I1 ( ×1013A)
- 3. 4
- 1. 7
- 4. 4
- 1. 0
- 3. 8
U0 (V)
1. 866
1. 501
1. 289
0. 677
度如何 ,都没有光电效应产生 ; (3) 光电子的动能与光强无
关 ,但与入射光的频率成线性关系 ; (4) 光电效应是“瞬时”
的 ,当入射光的频率大于域频率时 ,一经光照射 ,立刻产生
光电子 。
112 实验原理
1905 年 ,爱因斯坦成功的解释了光电效应 ,他提出光 并不是由麦克斯韦电磁场理论提出的传统意义上的波 ,而
止电压 U0 。利用此法的前提是阳极反向电流 、暗电流和本底电流都很小 , 测得的截止电
压与真实值相差很小 ,各谱线的截止电压与真实值相差很小 ,且各谱线的截止电压都相差
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第 20 卷 第 4 期 2007 年 12 月出版
大 学 物 理 实 验 PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE
文章编号 :1007 - 2934 (2007) 04 - 0049 - 04
Vol. 20 No. 4 Dec. 2007
光电效应测普朗克常数的三种方法
用光电效应实验测普朗克常数是一种简单而准确的方法 。本文主要介绍光电效应实 验测定普朗克常数的三种方法 :拐点法 、补偿法和零电流法 。
1 实验原理
111 光电效应
光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有
电子从金属表面逸出的现象 。基本的实验事实为 : (1) 饱
和光电流与光强成正比 ; (2) 光电效应存在一个域频率ν0 (截止频率) ,当入射光的频率低于域频率时 ,不论光的强
可以在实验中辅助测量 。
参考文献
[1 ] 徐志洁. 大学物理实验[M] . 北京 1 兵器工业出版社 ,2005 [2 ] 段福莲 、郑才平 、张伟力. 光电效应实验方法的改进[J ] . 哈尔滨师范大学自然科学学报 ,2000 [3 ] 章佳伟 、殷士龙. 在光电效应实验中用曲率法测普朗克常量[J ] . 物理实验 ,2003
| E1 =
h1 - h0| h0
=
|
6.
68
×10 6.
- 34 - 6. 626 626 ×10 - 34
×10
-
34|
= 0. 81 %
212 补偿法
补偿法是一种快速而准确的测量方法 。通过补偿暗电流和本底电流对测量结果的影
响 ,以测量出准确的截止电压 U0 。调节电压 UAK使电流为零后 , 保持 UAK不变 , 遮挡汞灯 光源 ,此时测得的电流 I1 为电压接近截止电压时的暗电流和本底电流 。记录数据 I1 , 重 新让汞灯照射光电管 ,调节电压 UAK使电流值至 I1 , 将此时对应的电压 UAK的绝对值作为 截止电压 U0 ,并记录数据 。
利用 Advanced grapher 软件根据附录 1 的数据绘制曲线如图 3 。 从图 3 的实验数据曲线确定 U0 值 。
表 1 入射光的波长 λ、频率ν与对应的截止电压 U0 的实验数据 。
λ(μm)
365
405
436
546
577
ν(1014Hz)
8. 22
7. 41
6. 88
5. 49
5. 20
图 1 实验原理图
是由能量为 hν的光量子构成的粒子流 。光电效应的物理基础就是光子与金属 (表面) 中
的自由电子发生完全弹性碰撞 ,电子要么全部吸收 ,要么根本不吸收光子的能量 。并提出
了光电效应方程
收稿日期 :2007 - 05 - 18
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拐点法 ,操作较难 ,要求能从大量的实验数据 ,记录有用的数据绘制曲线 。测量的结
果相对误差非常小 ,准确度很高 ,是实验课堂教学中应首选的方法 ,既培养了学生的实践
能力又得到了很好的实验结果 。
补偿法操作较简单 ,理解起来也很容易 ,实验结果误差相对较小 ,也是一种比较好的
测量方法 。
相对前两种方法 ,零电流法测量的误差相对较大 ,但是这种方法最容易理解和测量 ,
hν=
Ek + A
=
1 2
mv20 + A
(1)
式中 Ek 为光电子的初动能 , m 为电子的质量 。v0 为光电子逸出金属表面的初速度 ; ν为光电子的频率 ; A 为光照射的金属材料的逸出功 。
由该式可见 ,射到金属表面的光的频率越高 , 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
△U 对 U0～ν曲线的斜率无大的影响 ,因此对 h 的测量不会产生大的影响 。
表 3 各波长对应 I 为零时的电压 UAK
λ/μm
365
405
436
546
ν/ 1014Hz
8. 22
7. 41
6. 28
5. 49
U0 = | UAK| / V
1. 823
1 ,622
1. 461
0. 666
577 5. 20 0. 447
A FEW METHODS TO MEASURE PLANCKS CONSTANT BY PHOTOEMISSION
Wu Lijun Li Qian (Shenyang Ligong University ,Shenyang ,110168)
Abstract :This paper briefly introduces the basic principles to measure plancks constant by photoemission and the three methods to measure cut - off voltage. Plancks constant is measured respectively in three methods ,with the experiment data processed and calcuated ,and the experiment result analyzed and discussed. Keywords :photoemission ;plancks constant ;cut - off voltage
0. 527
同样利用一元线性最小二乘法处理表 3 。通过计算 (过程详见附录 3) 得 h2 = 7. 03 ×10 - 34 (J ·S)
| E2 =
h2 - h0| h0
=
|
7.
03
×10 6.
- 34 - 6. 626 626 ×10 - 34