光电效应和普朗克常量的测定实验报告.docx

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光电效应和普朗克常量的测定实验报告

光电效应和普朗克常量的测定

创建人：

体系治理员   总分：

100

试验目标

懂得光电效应的根本纪律,学会用光电效应法测普朗克常量;测定并画出光电管的光电特征曲线.

试验仪器

水银灯.滤光片.遮光片.光电管.光电效应参数测试仪.

试验道理

光电效应：

当光照耀在物体上时,光子的能量一部分以热的情势被物体接收,另一部分则转换为物体中一些电子的能量,是部分电子逃逸出物体概况.这种现象称为光电效应.爱因斯坦曾凭借其对光电效应的研讨获得诺贝尔奖.在光电效应现象中,光展现其粒子性.光电效应装配：

S为真空光电管.内有电极板,A.K极板分离为阳极和阴极.G为检流计（或敏锐电流表）.无光照时,光电管内部断路,G中没有电流畅过.U为电压表,测量光电管端电压.因为光电管相当于阻值很大的“电阻”,与其比拟之下检流计的内阻根本疏忽.故检流计采取“内接法”.

用一波长较短（光子能量较大）的单色光束照耀阴极板,会逸出光电子.在电源产生的加快电场感化下向A级定向移动,形成光电流.显然,如按照图中衔接方法,U越大时,光电流I势必越大.于是,我们可以作出光电管的伏安特征曲线,U=I曲线关系大致如下图：

跟着U的增大,I逐渐增长到饱和电流值IH.另一方面,跟着U的反向增大,当增大到一个遏制电位差Ua时,I正好为零.此时电子的动能在到达A板时正好耗尽.光电子在从阴极逸出时具有初动能

当U=Ua时,此初动能正好等于其战胜电场力所做的功.即：

依据爱因斯坦的假设,每粒光子有能量

.式中h为普朗克常量,

为入射光波频率.物体概况的电子接收了这个能量后,一部分消费在战胜物体固有的逸出功A上,另一部分则转化为电子的动能,让其可以或许分开物体概况,成为光电子.于是我们得到爱因斯坦的光电效应方程：

由此可知,光电子的初动能与入射光频率成线性关系,而与光强度无关.（光强度只对单位时光内逸出物体概况的光电子的个数产生影响）光电效应的光电阈值：

红限：

当入射光频率

低于某一值

时,无论用多强的光照都不会产生光电效应.由光电效应方程易得这个频率

称为红限.测量普朗克常量的办法：

用光波频率为

的单色光照耀阴极板,测量其遏制电位差Ua.于是有：

所以：

这标清楚明了截止电压

和光波频率

成正比.试验中获得单色光的办法：

应用水银灯发出稳固白光作为光源,再应用不合色彩的滤光片罩在光电管的入光口以得到响应色彩的单色光,还可以应用不合透光度的遮光片罩在水银灯的出光口以得到不合强度的光.可见光区水银灯的强谱线如下表所示：

试验中可能消失的误差的预剖析：

为了获得精确的遏止电位差值,本试验用的光电管应当具备下列前提：

（1）对所有可见光谱都比较敏锐.

（2）阳极包抄阴极,如许当阳极为负电位时,大部分光电子仍能射到阳极.（3）阳极没有光电效应,不会产生反向电流.（4）暗电流很小.但现实应用的光电管不成能知足幻想前提.我们必须斟酌阳极光电效应引起的反向电流,以及无光照时,电路中的暗电流.那么现实测得的电流应包含三部分：

正常光电效应产生的电流.阳极光电效应产生反向电流.暗电流.于是现实测得的光电管的伏安特征曲线其实不与x轴相切.（左图：

幻想状况;右图：

现实状况） 

因为暗电流的值平日很小,且对U平日也知足线性关系.故本试验中可以疏忽其造成的影响.而阳极反向光电流固然在试验中较明显,但它屈服必定例律.据此,肯定遏止电位差值,可采取以下两种办法：

（1）交点法：

光电管阳极用逸出功较大的材料制造,制造进程中尽量防止阴极材料蒸发,试验前对光电管阳极通电,削减其上溅射的阴极材料,试验中防止入射光直接照耀到阳极上,如许可使它的反向电流大大削减,其伏安特征曲线与上面左图（幻想曲线）十分接近,是以曲线与U轴交点的电位差值近似等于遏止电位差Ua,此即交点法.

（2）拐点法：

光电管阳极反向光电流固然较大,但在构造设计上,若使反向光电流能较快地饱和,则伏安特征曲线在反向电流进入饱和段后有着明显的拐点,如上面右图所示,此拐点的电位差即为遏止电位差.除了以上提到的可能误差外,试验室内的照明干扰和电磁干扰也会影响试验成果.试验室应尽量关灯,并且严厉掌握可能产生电磁干扰的仪器.

试验内容

一.用不合色彩的滤光片分离得到五种不合波长的单色光（365nm.405nm.436nm.546nm.577nm）,分离测定每种光射入光电管时,光电管的伏安特征曲线,分离作出U-I特征曲线.二.应用滤光片得到577nm波长的单色光,分离用不合透光度（25%.50%.75%.不遮光（100%））的遮光片得到不合强度的光照,分离测量其饱和光电流Im,做出Im—透光率的关系图.三.应用试验一中得到的数据,分离求出五种不合波长的光照耀光电管时的遏制电压,并依据波长求出光波频率,作

图,用线性回归得出逸出功A值和普朗克常量h值,并且盘算出极限频率

.最后把测得的普朗克常量值与公认值比较.盘算相对误差.四.盘算涉及的相干公式

数据处理

试验内容一：

测量光电管在不合波长光照耀下的伏安特征总分值：

70

（1）入射光波长365nm的伏安特征◆ （不计分）应用蓝黑色滤光片,测得入射光波长365nm的伏安特征数据如下：

测量序号

1

2

3

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5

6

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22

23

24

电压U/V

电流I/μA

◆ （10分）依据相干的参数,获得图型信息

（2）入射光波长405nm的伏安特征◆ （不计分）应用深蓝色滤光片,测得入射光波长405nm的伏安特征数据如下：

测量序号

1

2

3

4

5

6

7

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9

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23

24

电压U/V

电流I/μA

◆ （10分）依据相干的参数,获得图型信息

（3）入射光波长436nm的伏安特征◆ （不计分）应用蓝绿色滤光片,测得入射光波长436nm的伏安特征数据如下：

测量序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

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14

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20

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22

23

24

电压U/V

电流I/μA

◆ （10分）依据相干的参数,获得图型信息

 （4）入射光波长546nm的伏安特征◆ （不计分）应用金黄色滤光片,测得入射光波长546nm的伏安特征数据如下：

测量序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

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电压U/V

电流I/μA

◆ （10分）依据相干的参数,获得图型信息

（5）入射光波长557nm的伏安特征◆ （不计分）应用橙红色滤光片,测得入射光波长557nm的伏安特征数据如下：

测量序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

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11

12

13

14

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20

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23

24

电压U/V

电流I/μA

◆ （10分）依据相干的参数,获得图型信息

 （6）依据测量数据,盘算红线频率以及普朗克常量

◆ （不计分）遏制电压的绝对值|Ua|与光波频率ν的关系如下：

波长λ/nm

365

405

436

546

577

频率ν/THz

遏止电压|Ua|/V

◆ （10分）依据相干的参数,获得图型信息

 ◆ （4分）应用最小二乘法进行线性回归,得到普朗克常量h（

）=

 ◆ （2分）盘算普朗克常量的相对误差Er（%）=

 ◆ （4分）斟酌红限频率ν0=A/h,得ν0（单位：

Hz）=

试验内容二：

研讨饱和光电流Im与光强p之间的关系总分值：

10

（1）饱和光电流Im与光强p之间的关系◆ （不计分）在光源上加不合的透光率的透光片,测量其饱和电流数据如下：

透光率

饱和电流Im/μA

◆ （6分）依据相干的参数,获得图型信息

◆ （4分）假设饱和电流Im与光强p知足Im=K*p+p0,则进行线性拟合得到斜率K=

思虑题总分值：

10

思虑题1总分值：

4

1.什么是光电效应？

答案：

思虑题2总分值：

3

2.金属的截止频率（红限）是什么？

答案：

思虑题3总分值：

3

3.为什么当反向电压加到必定值后,光电流会消失负值？

答案：

试验总结共 10 分

原始数据：

教师考语：