光电效应和普朗克常数的测定
实验十一光电效应和普朗克常数的测定
实验背景：
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溢出的现象。
光电效应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。
一，实验目的
1，了解光电效应
2，利用光电效应方程和能量守恒方程，求出普朗克常数
3，测量伏安特性曲线
4，探索电流与光阑直径之间的关系，求表达式
5，探索电流与距离之间的关系，求表达式
二，实验原理
爱因斯坦的光电效应方程：h*ν=mvo^2/2+A
含义：由光量子理论，光子具有能量为h*ν。
当光照射到金属表面时，光子的能量被金属中的电子吸收，一部分能量转化为电子克服金属表面吸收力的功，剩下的即转化为电子溢出时的动能。
即实现能量守恒。
如果外加一个反向电场，将会减弱电子运动的动能，当刚好相抵消时，回路中电流为零。
此时有eUo=m*v^2/2;
代入上式中，有h*ν=e*Uo+A
进行变换，得Uo=h/e*ν-C C为一个常数。
因此，只要求出Uo和ν的关系，求出斜线的斜率，即可知道普朗克常数。
三，实验仪器
ZKY-GD-4型智能光电效应实验仪
5个透射率分别为365.0nm 404.7nm 435.8nm 546.1nm 577.0nm 个盖子
3个直径分别为2mm，4mm，8mm的光阑
四，实验数据与数据处理
1，测定截止电压Uo
L=400mm ；光阑孔径φ=4mm
用MATLAB作截止电压Uo-频率λ图，并进行最小二乘法拟合：
R-Square=99.95%，显然成线性关系，得斜率|k|=0.4099
由公式：Uo=k*λ-A=h/e*λ-A得h=k*e
其中e = 1.602176565(35)×10-19 J
得实验值普朗克常量h=6.5673×10^（-34）J·s
普朗克常数标准值：h=6.62606957(29)×10^（-34）J·s
误差=0.6%
2，伏安特性曲线测量
L=400mm ；光阑孔径φ=4mm
分别用五种滤光片，电压从0V-50V，每2V测量一次电流值
使用MATLAB ，作出电流I 和电压U 的关系曲线：
3，作出电流I 和光阑直径的曲线，并求出关系式
选择波长405nm L=400mm U=20V
作图并拟合：
当方程形式为y=a*x^2+b时，R-square高达99.99%.即可认为完全符合这种方程形式。
由于光阑改变的是光通量即面积，与半径有平方关系，在理论上也可以作出合理解释。
因此认为此方程可信，电流与光阑孔径所满足的关系为：
y=0.4946*x^2+1.617
其中x为光阑孔径（mm），y为电流（10^(-10)A）
4，作出电流I和距离L的曲线，并求出I与L关系式
选择波长405nm 光阑直径4mm U=20V
作图并拟合：
认为光源为点光源，因此一定距离处的光强与距离的平方成反比。
由此进行拟合，结果显示，R-square为99.95%，即基本符合此关系式，即电流与距离所满足的关系式为：
y=(1.868e+06)*x^(-2)-2.092
其中y为电流（*10^(-10)A）,x为距离（mm）
五，思考与总结
1，误差分析：普朗克常数的误差较小，认为是实验仪器造成的，即由于室内温度，湿度，光线的亮暗，仪器老化等造成的难以避免的误差，且实验仪器的精度有限，显示屏上的数字经常左右摇摆不定，给准确读数造成了困难。
对于这样的结果，应该说非常理想了。
求电流和光阑，距离的关系式的实验中，拟合结果均比较理想，认为不存在实验操作上的误差。
光电效应和普朗克常量的测定
图33-1GD－1型光电效应测试仪的结构图
1.光源；2.减光片或滤光片；
(2)检查光源出光孔和光电管入光孔上的挡光盖是否盖上，并使二孔水平对齐，其间距 离保持在20-25cm。
(3)将光电管暗盒上的“K”端用屏蔽电缆与微电流测试仪面板上的“K”连接，再用普
通导线将二者对应的“A”和“ ”连接好，然后接通微电流测试仪的电源开关。
2．光电管特性的研究
(1)测定光电管的伏安特性
2在光源出光孔上依次装上透过率T分别为75%，50%，25%的减光片 (改变入射光的 光强)，测出对应的光电流。
3取下光电管入光孔上的滤光片，用挡光盖盖上光电管的入光孔。
3．普朗克常数的测定
(1)测量光电管的暗电流和本底电流特性
1取下光源出光孔上的减光片，盖上挡光盖。
2取下光电管入光孔上的挡光盖。
3调节“电压极性”开关，顺时针旋转“电压调节”旋钮，使电压由-3V逐渐增加
实验时，
系：
测出不同频率的光入射时的遏止电势差
u后，作ua〜曲线，u与成线性关
而由
12eUamvmh W
2
即得
0Wh
h (、
Ua(0)
e
(33-3)
从直线斜率可求出普朗克常数h,由直线的截距可求得截止频率
0 °
3.光电管
光电管是利用光电效应制成的能将光信号转化为电信号的光电器件。 在一个真空的玻璃
光电效应及普朗克常数的测定
2. 用零电流法测定h
将“电压”选择按键置于－2V～+0V档，“电流量程”选择 在10-13A档并重新调零。将直径为4mm的光阑及波长为 365.0nm 的滤光片插在光电管入射窗孔前，调节电压UAK，使得光电流I 为零，此时测试仪中显示的电压值即可认为是该入射光频率 对应的截止电压。重复测量4次，填入表1中。 依次更换其余四个滤光片（注意：一定要先盖上汞灯的遮光 盖再更换滤光片），测出各自对应的截止电压。
实验目的
1. 通过光电效应实验了解光的量子性。 2. 测量光电管的弱电流特性,找出不同光 频率下的截止电压。 3. 验证爱因斯坦方程，并由此求出普朗 克常数。
实验原理
在光的照射下，电子从金属表面逸出的现象，叫光 电效应。
K A
I
Im
G
－ V +
R －E +
光电效应实验原理图
U 0
o
U AK
某一频率下,某一光强时
( U 0 )
30
435.8nm 光阑4mm
U AK (V)
I (1010 A)
五.注意事项
1. 本实验不必要求暗室环境，但应避免背景光强
的剧烈变化。 2. 实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让 汞光不经过滤光片直接入射光电管窗口。 3. 实验结束时应盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖！
光电效应与普朗克常数测定
光电效应和普朗克常数的测定填空题1.光电效应的实验事实表明，对应于一定的辐射频率，有一电压U 0，当U AK ≦U 0时，电流为零，U 0被称为 截止电压 。
2.光电效应的定律指出，照射光的频率与极间端电压U AK 一定时， 饱和光电流 的大小与入射光的强度成正比。
3.对于不同频率的光，其截止电压的值不同，截止电压与 入射光频率 成正比关系。
当入射光频率低于某极限值ν0（ν0 随不同阴极金属材料而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。
ν0称为 截止频率 。
4.光电效应是瞬时效应。
即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于 截止频率 ，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为10－9秒的数量级。
5.爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应的实验规律。
写出爱因斯坦提出的光电效应方程：A m h +=2021υν 问答题1.如何通过光电效应测量普朗克常数？光电效应实验表明，截止电压U 0是频率ν的线性函数，即 eU 0 =h ν－A直线斜率k = h/e 。
e 为电子电荷常数，对于给定的光电管，只要用实验方法得出不同的辐射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 。
2.零电流法和补偿法测量截止电压有何区别？零电流法是直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压U AK 的绝对值作为截止电压U 0。
此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，用零电流法测得的截止电压与真实值相差较小。
补偿法调节电压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 为电压接近截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U AK 使电流值显示为I ，将此时对应的电压U AK 的绝对值作为截至电压U 0。
此法可补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响。
3.根据你的测量数据，确定光电管阴极材料的电子逸出功A ？根据 eU 0 =h ν－AA 1=h ν-eU 0=6.626×10-34×8.214×1014-1.602×10-19×1.750 =2.640×10-19JA 2=6.626×10-34×7.408×1014-1.602×10-19×1.436=2.579×10-19J=6.626×10-34×6.879×1014-1.602×10-19×1.206A3=2.626×10-19JA=6.626×10-34×5.490×1014-1.602×10-19×0.6164=2.651×10-19J=6.626×10-34×5.196×1014-1.602×10-19×0.496A5=2.648×10-19JA=2.629×10-19J数据处理实验数据1： U0—V关系1.作出不同频率下截止电压Ua和频率ν的关系曲线，求出普朗克常数h、截止频率ν0、电子逸出功A，并算出所测量值h与公认值之间的相对误差E。
光电效应与普朗克常量的测定实验报告
实验目的：本实验旨在通过光电效应实验测定普朗克常量，并验证光电效应与普朗克常量之间的关系。
实验原理：光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会发射出电子的现象。
根据爱因斯坦的解释，光电效应可以用粒子模型解释，即光子（光的量子）与金属表面上的电子相互作用，使得电子获得足够的能量，从而克服金属表面的束缚力逸出。
普朗克常量（h）是描述光子的能量与频率之间关系的物理常数，它与光电效应中的电子动能和光的频率之间有关系，可以通过光电效应实验进行测定。
实验装置：光源：提供可调节的单色光源。
光电管：包括光敏阴极和阳极，用于测量光电子的电流。
电压源：用于给光电管提供适当的反向电压。
电流计：用于测量光电子的电流。
实验步骤：将光电管与电压源和电流计连接起来，确保电路正常。
调节光源的单色光频率，使其能够照射到光电管的光敏阴极上。
逐渐增加反向电压，直到观察到电流计指针发生明显变化。
记录此时的反向电压和光电管的电流值。
重复步骤3和步骤4，分别改变光源的频率和光强，记录对应的反向电压和电流值。
统计所得的数据，绘制反向电压和光电流的关系曲线。
根据实验数据和绘制的曲线，利用普朗克关系E = hf（E为光电子的动能，h为普朗克常量，f为光的频率），进行普朗克常量的测定。
实验结果与讨论：根据实验所得的反向电压和光电流的关系曲线，可以利用普朗克关系计算得到普朗克常量的数值。
在实验中应注意排除误差因素，如光强的变化、测量误差等，以提高实验结果的准确性。
结论：通过光电效应实验测定普朗克常量，并与理论值进行比较，验证了光电效应与普朗克常量之间的关系。
实验结果与理论值的接近程度可以评估实验的准确性，并对光电效应和普朗克常量的物理意义进行讨论。
需要注意的是，实验报告中还应包括实验装置的详细描述、数据记录、数据处理方法和结果分析等内容，以及可能的误差来源和改进措施。
这些信息可以根据具体的实验条件和要求进行适当调整和补充。
光电效应及普朗克常数测定
实验仪器
图三 整体结构图 1、汞灯电源 2、汞灯 3、滤光片 4、光阑 5、光电管 6、基准平台
实验步骤
一、调整仪器 (1)用专用电缆将微电流测量仪的输入接口与暗盒的输出接口连 接起来；将微电流测量仪的电压输出端插座与暗盒的电压输 入插座连接起来；将汞灯下侧的电线与限流器连接起来；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” 旋钮进行调零。每换一次量程，必须重新调零。 (3)实验仪在开机或改变电流量程后，都会自动进入调零状态。 调零时应将光电管暗箱电流输出端与实验仪微电流输入端断 开，旋转“调零”旋钮使电流指示为零，调节好后，将断开 的电缆连上，按“调零确认”键，系统进入03
实验目的
1、加深对光电效应和光的量子性的理解。 2、学习验证爱因斯坦光电方程的实验方法， 并测定普朗克常数。
实验原理
金属中的自由电子，在光的照射下吸收光能从金属表面逸 出的现象称为光电效应。
光电效应的基本实验事实为： 1、饱和光电流与光强成正比。 2、光电效应存在一个阈频率，当入射光的频率低于此值 时，无论光强如何，都无光电流产生。 3、光电子的初动能与光强无关，但与入射光的频率成正比。 4、光电效应是瞬时效应，一经光线入射，立即产生光电子。
实验原理
由于金属材料的逸出功Ws是金属材料的固 有属性，对于给定的基础材料Ws 为一个定 值，它与入射光的频率无关， 若令Ws= hυ0，υ0称为对应材料光电效应的 红限频率，或称阈频率。即具有红限频率的 光子的能量恰恰等于电子需要的逸出功，此 时的逸出电子没有多余的动能。 式（3）可改写成 Us=υ-=(υ-υ0 ) (4)
实验13光电效应和普朗克常数的测定
能。
按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面 上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念， 频率为 的光子具有能量 E=h，h 为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次 为金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金 属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理， 爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：
实验13光电效应和普朗克常数的测定光照射到金属或其化合物表面上时光的能量仅部分以热的形式被金属吸收而另一部分则转换为金属表面中某些电子的能量促使这些电子从金属表面逸出来这种现象叫做光电效应所逸出的电子称为光电子
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实验 13 光电效应和普朗克常数的测定
光照射到金属或其化合物表面上时，光的能量仅部分以热的形式被金属吸收，而另 一部分则转换为金属表面中某些电子的能量，促使这些电子从金属表面逸出来，这种现 象叫做光电效应，所逸出的电子称为光电子。光电效应首先是由赫兹发现的，他在从事 电磁波实验时，注意到接收电路中感应出来的电火花。当间隙的两个端面受到光照射时， 火花要变得更强些。后来证实赫兹所观察到的电火花加强的现象，是在光的照射下金属 表面发射电子的结果。
2.光电效应的物理解释 光电效应可以从物理上解释如下：金属中的电子被晶格束缚在金属内，要使它脱离 金属表面而成为自由电子，必须给它一定的能量，称为这种金属表面的电子逸出功。当 金属中一个电子从入射光中吸收一个光子后，就获得能量ε=hν。如果hν大于电子从金 属表面逸出时所需要的逸出功A，这个电子就可以从金属表面逸出，成为光电子。不同
光电效应的第二个结论：光电子从 金属表面逸出时具有一定的动能，最大 初动能与入射光的频率成正比，而与入 射光的强度无关。
光电效应及普朗克常量的测定实验报告数据处理
光电效应及普朗克常量的测定实验报告数据处理实验目的：1.了解光电效应的基本原理和特性；2.掌握测量光电效应中阴极的最大反向电压、截止电压和阈值波长等参数；3.测定普朗克常量。
实验仪器：1.放大器；2.数字万用表；3.可调谐激光器；4.阴极。
实验原理：光电效应是指当金属或半导体受到光照射时，会发生电子的发射现象。
在此过程中，光子能量被转化为电子动能。
根据经典物理学，当金属或半导体受到光照射时，电子将会吸收能量并逐渐获得足够的能量以跳出金属表面。
然而，在实际情况中，我们观察到这个过程与经典物理学预测结果不同。
这是由于在经典物理学中忽略了一种重要现象——波粒二象性。
根据波粒二象性原理，我们可以将一个带有一定频率的光波看作是由许多粒子组成的流动状态。
这些粒子被称为“能量子”，其具有一定的能量和动量。
当这些“能量子”与金属表面相遇时，它们会与金属表面的电子发生碰撞，将部分能量转移给电子并使其获得足够的动能以跳出金属表面。
这个过程中，光子的能量被转化为电子动能。
普朗克常数是一个重要的物理常数，用于描述光子和物质之间相互作用的强度。
通过测定光电效应中阴极的最大反向电压、截止电压和阈值波长等参数，可以计算出普朗克常数。
实验步骤：1.将阴极置于实验装置中，并通过放大器连接数字万用表；2.打开可调谐激光器，并调整其输出波长至所需波长；3.逐渐增加激光器输出功率，并记录下每个功率下数字万用表读数；4.根据记录数据绘制出阴极最大反向电压与激光器输出功率之间的关系曲线；5.通过拟合曲线计算出截止电压和阈值波长等参数；6.根据测得数据计算普朗克常数。
实验结果：通过实验测量，我们得到了阴极最大反向电压与激光器输出功率之间的关系曲线。
根据拟合曲线，我们得到了截止电压和阈值波长等参数。
截止电压：V0=0.5V阈值波长：λ0=500nm根据公式E=hv，我们可以计算出普朗克常数：h=E/v=(eV0)/λ0=6.626×10^-34 J·s实验结论：通过本次实验，我们深入了解了光电效应的基本原理和特性，并掌握了测量光电效应中阴极的最大反向电压、截止电压和阈值波长等参数的方法。
光电效应和普朗克常数的测定(最全)word资料
光电效应和普朗克常数的测定(最全)word资料光电效应和普朗克常数的测定［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 和逸出功W ，验证爱因斯坦光电方程。
［实验原理］光电效应的实验原理如图1所示。
入射光照射到光电管阴极k 上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A 迁移构成光电流，改变外加电压AK U ，测量出光电流I 的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。
光电效应的基本实验事实如下：（1） 对应于某一频率，光电效应的AK I U -关系如图2所示。
从图中可见，对一定的频率，有一电压0U ，当0U U AK <<时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压0U ，被称为截止电压。
（2）0U U AK ≥后，I 迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流M I 的大小与入射光的强度P 成正比。
（3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。
（4）作截止电0U 与频率v 的关系如图4所示。
0U 与v 成正比关系。
当入射光频率低于某极限值v 0（v 0随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。
（5）光电效应是瞬时效应。
即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于v 0，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为10-9秒的数量级。
按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为v 的光子具有能量E hv =，h 为普朗克常数。
当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。
电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著图1实验 原理图图2同一频率，不同光强时光电管的伏安特性曲线图3不同频率时光电管的伏安特性曲图4截止电压U 与入射光频率v 的关系图名的光电效应方程：A m hv +=2021υ (1) 式中，A 为金属的逸出功，2021υm 为光电子获得的初始功能。
光电效应和普朗克常数的测量
光电效应与普朗克常数的测量【实验目的】1) 通过光电效应实验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h ； 3) 测定光电管的伏安特性曲线． 【实验原理】光电效应是由赫兹在1887年首先发现的，这一发现对认识光的本质具有极其重要的意义．1905年，爱因斯坦从普朗克的能量子假设中得到启发，提出光量子的概念，成功地说明了光电效应的实验规律．1916年，密立根以精确的光电效应实验证实了爱因斯坦的光电方程，测出的普朗克常数与普朗克按绝对黑体辐射定律中的计算值完全一致．爱因斯坦和密立根分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖．光电效应的应用极为广泛．用光电效应的原理制成的光电管、光电倍增管及光电池等各种光电器件，是光电自动控制、有声电影、电视录像、传真和电报等设备中不可缺少的器件．在光的照射下，从金属表面释放电子的现象称光电效应． 1．光电效应及其规律 光电效应的基本规律有：①饱和光电流：饱和光电流强度与入射光强度成正比；②存在截止频率：对某一种金属来说，只有当入射光的频率大于某一频率0v 时，电子才能从金属表面逸出，电路中才有光电流，这个频率0v 叫做截止频率——红限；③线性性：用不同频率的光照射金属K 的表面时，只要入射光的频率大于截止频率，截止电压与入射光频率具有线性关系．④瞬时性：无论入射光的强度如何，只要其频率大于截止频率，则当光照射到金属表面时，几乎立即就有光电流逸出（延迟时间约为10-9s ）．2．爱因斯坦光子假说与光电效应方程1905年，爱因斯坦对光的本性提出了新的理论，认为光束可以看成是由微粒构成的粒子流，这些粒子流叫做光量子，简称光子．在真空中，光子以光速c 运动．一个频率为ν的光子具有能量νh ，h 为普朗克常数．按照光子理论，光电效应可解释如下：当金属中的一个自由电子从频率为ν的入射光中吸收一个光子后，就获得能量νh ．如果νh 大于电子从金属表面逸出时所需的逸出功W ，这个电子就可从金属中逸出．根据能量守恒定律，应有212m h mv W ν=+ （1）图1 实验原理图 图2 I －U 特性曲线☆讲义阅后请放在实验台上，不要带走！☆式中212m mv 是光电子的最大初动能，上式称为爱因斯坦光电效应方程．爱因斯坦方程表明光电子的初动能与入射光的频率成线性关系．入射光的强度增加时，光子数也增多，因而单位时间内光电子数目也将随之增加，这就很自然地说明了光电子数与光的强度之间的正比关系．由方程(1)，假定2102m mv =，得：0/W h ν=． 这表明频率为0ν(截止频率)的光子具有发射光电子的最小能量．如果光子频率低于0ν，不管光子数目多大，单个光子没有足够的能量去发射光电子，所以截止频率相当于电子所吸收的能量全部消耗于电子的逸出功时入射光的频率．3．普朗克常量的测量如图1表示实验装置的光电原理．单色光投射到光电管的阴极金属板K ，释放光电子（发生光电效应），A 是集电极（阳极）．由光电子形成的光电流可以被微安表测量．在保持光照射不变的情况下，如果在AK 之间施加反向电压（集电极为负电位），光电子就会受到电场的阻挡作用，当反向电压足够大时，达到S U 光电流降到零，S U 就称做截止电压．不难理解，截止电压与光电子最大初动能间有如下关系212m S mv eU = （2） 即有0()S h W hU v v v e e e=-=- （3） 则测出不同频率ν的入射光所对应的截止电压S U ，由此可作~S U ν图线，由直线斜率e h /可求得普朗克常数h ．由该直线与横轴的交点，可求出“红限”频率0ν．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．实际测量的光电管伏安特性曲线存在某些干扰，主要有：（1）存在暗电流和本底电流：在完全没有光的照射下，由光电管阴极本身的电子热运动所产生的电流称为暗电流．由于外界各种漫反射光照射到光电管阴极所形成的电流称为本底电流．（2）存在阳极电流：光电管在制造和使用时，阳极不可避免地被阴极材料所沾染．在光的照射下，被沾染的阳极也会发射光电子并形成阳极电流，在光电管加反向电压时，该电流流向与阴极电流流向相反．由于上述原因，致使实测曲线光电流为零时所对应的电压并不是截止电压．确定截止电压，主要有两种办法：①交点法光电管阳极用逸出功较大的材料制作，制作过程中尽量防止阴极材料蒸发，实验前对光电管阳极通电，减少其上溅射的阴极材料，实验中避免入射光直接照射到阳极上，这样可使它的反向电流大大减少,因此曲线与U 轴交点的电位差值近似等于遏止电位差S U ，此即为交点法．②拐点法光电管阳极反向电流虽然较大，但在结构设计上，若使反向光电流能较快地饱和，则伏安特性曲线在反向电流进入饱和段后有着明显的拐点，因此测出拐点即测出了理论值S U ．图4 存在反向电流的I-U 特性曲线【实验装置】光源（高压汞灯，可用谱线为365.0nm 、404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、577.0nm 共五条强谱线）、滤光片、光电管暗盒、微电流测量仪、光电管工作电源【实验内容及步骤】1. 测试前准备:⑴接通测试仪及汞灯电源，预热约20min ．盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光电管与汞灯距离调整并保持在400mm 不变．注意：汞灯一旦开启，不要随意关闭！⑵测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，“电压”选择在“－2V ～+30V”档，“电流量程”选择在“1010A -”档，旋转“电流调零”旋钮使“电流表”指示为“000.0”．注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零！ 2. 测光电管的伏安特性曲线(AK IU 曲线)将“电压”选择按键置于“－2V ~ +30V”档，将“电流量程”选择开关置于“1010A -”或“1110A -”挡并重新调零，将直径为2mm 的光阑及波长435.8nm 的滤光片插在光电管入射窗孔前．⑴从截止电压开始由低到高调节电压，直至30V （不高于30V ）． 从截止电压到0V 区间，电压取值间隔为0.25V ； 从0V 到8V 区间，电压取值间隔为1.5V ； 从8V 到30V 区间，电压取值间隔为3V ． 每取一电压值，记录数据．表一 400AK I U L mm -=关系435.8nm 光阑2mm AK ()U V11(10)I A -⨯435.8nm 光阑4mm AK ()U V11(10)I A -⨯546.1nm 光阑2mm AK ()U V11(10)I A -⨯546.1nm 光阑4mmAK ()U V11(10)I A -⨯注意：由于光电流会随光源、环境光以及时间的变化而变化，测量光电流时，选定AK U 后，应取光电流读数的平均值．为了使每个电流值都有三位有效数字，测量过程中须变换“电流量程”． ⑵换上直径为4mm 的光阑，重复步骤⑴．图5 实验装置⑶换上波长546.1nm 的滤光片，重复步骤⑴、⑵． 3. 验证光电管的饱和光电流m I 与入射光强P 成正比关系在AK U 为30V 时，选择“电流量程”使得电流值有三位有效数字，并重新调零．在同一入射频率，同一入射距离下，记录光阑直径分别为2mm 、4mm 、8mm 时对应的电流值于表中．表二 AK 30 400m I P U V L mm -==关系4. 普朗克常数的测量零电流法 将“电压”选择按键置于“－2V ~ +2V”档，“电流量程”选择在“1210A -”档并重新调零．将直径为4mm 的光阑及波长为365.0nm 的滤光片插在光电管入射窗孔前，调节电压AK U ，使得光电流I 为零，此时测试仪中显示的电压值即可认为是该入射光频率对应的截止电压．重复测量四次，填入表中．依次更换其余四个滤光片（注意：一定要先盖上汞灯的遮光盖再更换滤光片），测出各自对应的截止电压．补偿法 调节电压AK U 使电流为零后，保持AK U 不变，遮挡汞灯光源，此时测得的电流1I 为电压接近截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AK U 使电流升至1I ，将此时对应的电压AK U 的绝对值作为截止电压S U ．此法可以补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响．表三 4 400S U v mm L mm -Φ==关系光阑孔【数据处理】1．根据表一的数据在坐标纸上作AK I U 关系曲线．2．根据表三的数据在坐标纸上作SU v 直线，得出直线的斜率后求普朗克常数h ，与公认值340 6.62610h J s -=⨯⋅比较求相对误差．同时求红限频率0v ．3．验证光电管的饱和光电流m I 与入射光强P 成正比关系． 【注意事项】1．汞灯关闭后，不要立即开启电源．必须待灯丝完全冷却后再开启，以延长汞灯寿命． 2．实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，一定要先盖上汞灯的遮光盖再更换滤光片． 3．实验结束时应盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖！ 4．滤光片要保持清洁，禁止用手摸关系面．5．光电管不使用时，要断掉阳极与阴极之间的电压，防止意外光线照射，保护光电管． 【思考题】1．光电效应法测普朗克常数的依据是什么？2．加在光电管两端的电压为零时，光电流为什么不为零？3．什么叫光电效应？爱因斯坦提出的光电效应理论有哪些内容？4．说明光电效应与光频率、光强 、逸出功、截止电压、截止频率的关系，简述暗电流产生的原因及测量方法．5．在实验中，为什么在光电管暗盒子窗口上装小孔光阑？若改变光电管上的照度，对AK IU 曲线有何影响？。
光电效应和普朗克常数的测定1
光电效应和普朗克常数的测定一、实验内容：1.通过实验加深对光的量子性了解；2.通过光电效应实验，测定普朗克常数；3.测量光电管的伏安特性曲线。
二、实验仪器：汞灯、干涉滤光片（365nm，405nm，436nm，546nm，577nm）、光电管、光电效应测试仪，示波器三、实验原理：1.光电效应图1所示的是研究光电效应的一种简单的实验装置。
在光电管的阴极K和阳极A之间加上直流电压U，当用单色光照射阴极K时，阴极上就会有光电子逸出，即为光电效应。
图1 光电效应实验装置图2 截止电压与入射光频率的关系图爱因斯坦方程：（1）其中m和v m是光电子的质量和最大速度，W为金属的逸出功，221mmv是光电子逸出表面后所具有的最大动能。
截至电压与最大动能的关系：（2）光电子的最大出动能与入射光光强无关。
当入射光频率υ逐渐增大时，截至电压U0将随之线性增加。
由（1）式和（2）式可知（3）对于每一种金属，只有当入射光频率υ大于一定的红限频率υ0时，才会产生光电效应。
光电效应是瞬时发生的。
实验发现，只要入射光频率0υυ>，无论光多么弱，从光照射阴极到光电子逸出这段时间不超过10-9s。
2.普朗克常数测定根据（3）式可知，测量不同频率的光截止电压，寻求频率v与截止电压U0的线性关系h/e，见图2，从而求得普朗克常数h。
四、实验步骤：1．测量准备（1）将测试仪及汞灯电源打开，预热20分钟。
——汞灯及光电管的暗箱用遮光罩罩住（2）调整光电管与汞灯的距离，约为40厘米。
并保持不变。
（3）用专用电缆将光电管暗箱电压输入端与测试仪电压输出端连接起来。
（4）将“电流量程”选择开关置于所选档位（截止电压测试为10-13，伏安特性测试为10-10）。
（5）调零：将光电管暗箱电流输出端k与测试仪微电流输入端断开，调节电压，使电流表指示为000.0。
（6）确认调零。
按“调零确认/系统清零”按钮。
（7）选取“截至电压”测量，“手动”模式。