大学物理光强与电流数据处理
大学物理实验报告
实验五、光电效应测普朗克常量普朗克常量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。
光电效应是这样一种实验现象，当光照射到金属上时，可能激发出金属中的电子。
激发方式主要表现为以下几个特点：1、光电流与光强成正比2、光电效应存在一个阈值频率（或称截止频率），当入射光的频率低于某一阈值频率时，不论光的强度如何，都没有光电子产生3、光电子的动能与光强无关，与入射光的频率成正比4、光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光电子（延迟时间不超过910-秒），停止光照，即无光电子产生。
传统的电磁理论无法对这些现象对做出解释。
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。
实验目的1、 通过实验理解爱因斯坦的光电子理论，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、并以测定普朗克常数。
实验仪器GD-3型光电效应实验仪（GD Ⅳ型光电效应实验仪）图1 光电效应实验仪实验原理1、 光电效应理论：爱因斯坦认为光在传播时其能量是量子化的，其能量的量子称为光子，每个光子的能量正比于其频率，比例系数为普朗克常量，在与金属中的电子相互作用时，只表现为单个光子：h εν= (1)212h mv W ν=+ (2) 上式称为光电效应的爱因斯坦方程，其中的W 为金属对逃逸电子的束缚作用所作的功，对特定种类的金属来说，是常数。
大学物理实验教案(光电效应法测量普朗克常量(仿真实验))
大学物理实验教案
（2）补偿法
由于本实验仪器的特点，在测量各谱线的截止电压Ua 时，可不用难于操作的“拐点法”，而用“补偿法”。
补偿法是调节电压U AK 使电流为零后，保持U AK 不变，遮挡汞灯光源，此时测得的电流I 为电压接近遏止电压时的暗电流和本底电流。
重新让汞灯照射光电管，调节电压UAK 使电流值至I ，将此时对应的电压U AK 的绝对值作为截止电压Ua 。
此法可补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响。
对于测量所得到的实验数据，可用以下三种方法来处理以得出ν-U 直线的斜率k ，来进一步得出普朗克常数h 。
（1）线性回归法
根据线性回归理论，ν-U 直线的斜率k 的最佳拟合值为
2
2a a
U U k νννν⋅-⋅=-，其中
表示频率的平均值, 表示频率ν的平方的平均值, 表示截止电压Ua 的平均值, 1
1n a i i i U U n νν=⋅=⋅∑表示频率ν与截止电压Ua 的乘积的平均值。
（2）逐差法
根据ai aj a i i j
U U U k ννν-∆==∆-，可用逐差法从数据中求出一个或多个k i ，将其平均值作为所求k 的数值。
（3）作图法
可用数据在坐标纸上作Ua-ν直线，由图求出直线斜率k 。
由以上三种方法求出直线斜率k 后，可用h=ek 求出普朗克常数，并与h 的公认值h 0比较求出百分偏差：00
h h h δ-=，式中电子电荷量1
1n i i n νν==∑221
1n i i n νν==∑1
1n
a ai i U U n。
大学物理--光电效应详解
光子的动量： p E h h c c
物理学
第五版
五 光的波粒二象性
15-2 光电效应
（1）波动性： 光的干涉和衍射
（2）粒子性： Eh（光电效应等）
光子是一种基本粒子，在真空中以光速运动
h
表示粒子特 p h
性的物理量
波长、频率是表示 波动性的物理量
h
m c2
2
及 U0 kUb
0.65
(1014 Hz )
O
4.39 6.0 10
hke Uo e
钠的截止电压与 入射光频关系
WeU b(h0)
物理学
第五版
15-2 光电效应
从图中得出
0 4.391014 Hz
U0 (V )
2.20
a
h e Uo h
电流饱和值与光强成正比
光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电 子数目越多，电流饱和值越大.
瞬时性:
光子射至金属表面，一个光子携带的能量 h 将一 次
性被一个电子吸收，若 0 ，电子立即逸出，无需
时间积累.
物理学
第五版
（3） h 的测定
U0 kUb
eU0keeUb （1）
物理学
第五版
15-2 光电效应
三 光电效应在近代技术中的应用
光控继电器、自动控制、
自动计数、自动报警等.
光控继电器示意图
光
放大器 接控件机构
光电倍增管
物理学
第五版
15-2 光电效应
四 光子的能量、质量和动量
m m0
1
测光电管的伏安特性 - 大学物理实验
标实验点
i1 310mA r1 5.00cm
+
B(18.00,16.00)
光电特性曲线
（光电特性曲 线需用最小二 乘法拟合）。
A(0.00,4.00)
0
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.0014.00 16.00 18.00 20.00
U (V)
光电管伏安特性曲线
四、实验内容
1 2 eU a mvmax 2
h eU a W
二、实验原理
（二）光电流与阴极表面光通量的关系 设光电管的阴极面积 为 S ，阴极与发光强度为 r 的点光源间的距离为， 由光度学理论可知，点光 源到达的光通量为
S i 2 r
验证了光电流与入射 光光通量的线性关系。
三、实验仪器
暗匣（内装光电管及小灯泡及米尺）；光电效应 实验仪（包括稳压电源、可调稳压电源、位数子 电压表和电流表）。 暗匣
大学物理实验
光电管特性的研究
一、实验目的
1、了解光电效应实验的基本规律和光的量子性。 2、测定光电管的伏安特性，研究光电流强度与 加在光电管两极间电压的关系。 3、测定光电管的光电特性，研究光电流强度与 照在光电管阴极上光通量的关系。 重点：通过光电管的伏安特性和光电特性，掌握 光电效应的实验原理
难点：最小二乘法处理数据
二、实验原理
按照光子理论，光电 效应是光子与电子碰撞， 光子把全部能量（h ）传 给电子，电子获得的能量， 一部分用来克服金属表面 对它的束缚，另一部分成 为该电子（光电子）逸出 金属表面后的动能。根据 能量守恒有
1 2 h mvmax W 2
二、实验原理
（一）光电流与加速电压的关系 保持光源与光电管的 距离一定，如果阳极为高 电势，则电子将加速飞向 阳极，光电流随两极间的 加速电压改变而改变。
光电效应实验中频率与饱和电流的实验研究
光电效应实验中光波波长与饱和光电流关系的实验研究王志军，何越，王连元，田云霞，王泽恒，倪牟翠，李玉，张金宝，李海英，郭欣，李守春吉林大学物理学院摘要：本文通过实验分别研究了光电效应实验中，光强一定及光子数一定时光波波长与饱和光电流的关系。
研究结果表明，光强一定时，饱和光电流既与光子数有关又与光电效率有关，光子数一定时，饱和光电流只与光电效率有关。
Abstract: In this paper，the saturated photocurrent varication with light wavelength with same light intensity and same photon number were studied respectively by experiment. As the results shown，the saturated photocurren is relation with both photon number and photoelectric efficiency in the same intensity，and only is relation with the photoelectric efficiency in the same photon number.关键词：光电效应，饱和光电流，光电效率，光强，光子数。
Key Words:Photoelectric Effect，Saturated Photocurrent，Photoelectric Efficiency，Light Intensity，Photon Number.引言在光电效应实验中，人们对光波波长与饱和光电流关系的认识经常出现错误，而目前还没有相关实验研究这一问题。
为此，我们在实验上研究了光强一定及光子数一定时光波波长与饱和光电流的关系。
对于我们正确认识光波波长与饱和光电流的关系有着非常重要的意义，并且可以通过实验算出不同光波波长的光电效率比。
大学物理2-2太阳能电池实验报告
数据处理一，计算出功率和电阻的数值表１，负载电压和电流记录表电压/V 光电流Ｉ/mA 电阻/千欧功率/W0.00 5.02 0.00000 0.00000-0.10 5.00 0.02000 0.00050 -0.20 4.97 0.04024 0.00099 -0.30 4.96 0.06048 0.00149 -0.40 4.92 0.08130 0.00197 -0.50 4.91 0.10183 0.00246 -0.60 4.88 0.12295 0.00293 -0.70 4.85 0.14433 0.00340 -0.80 4.80 0.16667 0.00384 -0.90 4.74 0.18987 0.00427 -1.00 4.67 0.21413 0.00467 -1.10 4.59 0.23965 0.00505 -1.20 4.46 0.26906 0.00535 -1.30 4.31 0.30162 0.00560 -1.40 4.14 0.33816 0.00580 -1.50 3.94 0.38071 0.00591 -1.60 3.69 0.43360 0.00590 -1.70 3.40 0.50000 0.00578 -1.80 3.08 0.58442 0.00554 -1.90 2.71 0.70111 0.00515 -2.00 2.26 0.88496 0.00452 -2.10 1.78 1.17978 0.00374 -2.20 1.27 1.73228 0.00279 -2.30 0.71 3.23944 0.00163 -2.37 0.24 9.87500 0.00057功率与电阻关系图0.0001.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0000.000500.0001000.0001500.0002000.0002500.0003000.0003500.000电阻/欧功率/m W功率/mW由图知 最大功率为５.９１mW对应的最大电阻为３８０.７１欧 Isc=5.02mA Uoc=2370mV Ff=Pmax/(Isc*Uoc)=0.5表２，太阳能电池正向偏压与电流数据表 U1/V U2/V I/A U/V0.00 0.00 0.00000 0.00 0.20 0.07 0.00034 0.13 0.40 0.15 0.00066 0.25 0.60 0.25 0.00092 0.35 0.80 0.37 0.00113 0.43 1.00 0.50 0.00131 0.50 1.20 0.64 0.00147 0.56 1.40 0.79 0.00160 0.61 1.60 0.96 0.00168 0.64 1.80 1.13 0.00176 0.67 2.00 1.30 0.00184 0.70 2.20 1.49 0.00186 0.71 2.40 1.67 0.00192 0.73 2.60 1.86 0.00194 0.74 2.80 2.06 0.00194 0.74 3.00 2.26 0.00194 0.74 3.20 2.46 0.00194 0.74 3.40 2.66 0.00194 0.743.60 2.87 0.00192 0.73 3.773.05 0.00189 0.72一定光照条件下光电池的伏安特性曲线y = 0.0026x - 6E-18-0.000500.000000.000500.001000.001500.002000.002500.000.100.200.300.400.500.600.700.80U/VI /AU/V线性 (U/V)电压和电流关系的经验公式为y=0.0026x-6E-18 表３，不同光强下太阳能电池开路电压和短路电流 光强比值 Isc/mA Uoc/V6 4.90 -2.36 5 4.42 -2.33 4 3.30 -2.24 3 2.14 -2.09 2 1.20 -1.86 1 0.71 -1.62Isc-Uoc关系曲线y = -0.3802Ln(x) - 4.401-2.5-2-1.5-1-0.50.00000.00100.00200.00300.00400.00500.0060Isc/AU o c /VUoc/V对数 (Uoc/V)表４，不同角度光照下电池开路电压和短路电流 角度/。
大学物理实验：光电效应
光电效应现象的原理
量子解释（爱因斯坦）
1 2
m
2 m
Eh
电子逸出动能
12mm2 hA
光子能量
金属表面电子逸出功
轨道能 脱出功
光电效应现象的原理
量子解释（爱因斯坦）
光电子的最大初动能
12mm2 hA
爱因斯坦光 电效应方程
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
则普朗克常数 hke
由该直线与横轴的交点，可求出“红限”频率v 0 。这就是密 立根验证爱因斯坦光电效应方程的主要实验思想。
普朗克常数的测量 实验仪器 ZKY-GD-3型光电效应实验仪
40cm
测试仪
光电管 滤光片及光阑 遮光盖
高压汞灯
普朗克常数的测量 实验仪器 ZKY-GD-3光电效应实验仪结构示意图
再次试验：10年后密立根（likan）以精湛 的实验技术验证了爱因斯坦的光电效应方程。 获得成就：爱因斯坦和密立根主要因光电效 应方面的杰出贡献分别荣获1921年和1923年 的诺贝尔物理学奖。
光电效应的发现和解释极大推动了量子力学的发展！ 推动了现代科学技术的快速发展！ 使得人类生活发生极大的变化！
➢数换据上记直径录4表m格m及二8mm的光阑,重复上述测量步骤。
577nm
UAK（V）
光阑2mm I（×10-12）
577nm 光阑4mm
577.0nm 光阑8mm
UAK（V） I（×10-12） UAK（V） I（×10-12）
普朗克常数的测量
3.验证光电管的饱和光电流与 入射光强的正比关系
➢ 将“电流量程”选择开关置于10-11A档，重新调节测试仪零 点。将电压调到25V，在同一谱线,在同一入射距离下,记录 光阑分别为2mm，4mm，8mm时对应的电流值。
大学物理实验测量与数据处理
N38.206213.248716.12551.3242
38.20626.497416.1256.6210
21.93324 21.933cm
这里因为161.25的末尾数数量 级最大，所以最终结果保留到
UN UA 2UB UC 5UD 0.001 20.0001 0.01 50.0001 0.0010.00020.010.0005 0.0117
实验4
实验2 实验27 实验19 实验16
(4-322) (5-201) (5-201) (5-203) (5-207)
实验23 (5-210)
14
期末考试
实验项目：
1． 实验二 2． 实验四 3． 实验八 4． 实验十二 5． 实验十四 6． 实验十六 7． 实验十八 8． 实验十九 9． 实验二十三 10．实验二十四 11．实验二十七
郑雅茹
25120142201460
曹馨元
B
25120142201461
组
25120142201462
25120142201463
25120142201464
25120142201465
25120142201466
25120142201467
25120142201468
25120142201469
25120142201470
UNUx Uy 2Uz
算术合成：
U N(U x)2(U y)2(2U z)2
几何合成：
<2> Qk(A2B2)，其k为 中常数 2
算术合成：
U Q k[2AA U 2 2BB U ]k(AA U BB U )
几何合成：
U Q (k 2 2 AA )U 2 (k 2 2 BB )U 2k(AA )U 2 (BB )U 2