工作報告-光電效應測普朗克常量實驗報告

1、光電效應測普朗克常量實驗報告篇一：光電效應測普朗克常量實驗報告 廣東第二師范學院學生實驗報告 1 2 3 4 5 篇二：光電效應測普朗克常數(shù)-實驗報告 普朗克常量的測定 【摘要】 本文介紹了大學物理實驗中常用的光電效應測普朗克常量實驗的基本原理及實驗操作過程，驗證了愛因斯坦光電效應方程并精確測量了普朗克常量，通過對實驗得出的數(shù)據(jù)仔細分析比較，探討了誤差現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因，根據(jù)實驗過程中得到的體會和思索，提出了一些改進實驗儀器和條件的設想。 【關鍵字】 愛因斯坦光電方程；光電流；普朗克常量 【引言】 在文藝復興和工業(yè)革命后，物理學得到了迅猛的發(fā)展，在實際應用中也發(fā)揮了巨大的作用。此刻人們感覺物理

2、學的大廈已經(jīng)建成，剩下只是一些補充。直到19世紀末，物理學領域出現(xiàn)了四大危機：光電效應、固體比熱、黑體輻射、原子光譜，其實驗現(xiàn)象用經(jīng)典物理學的理論難以解釋，尤其對光電效應現(xiàn)象的解釋與理論大相徑庭。 光電效應最初是赫茲在1886年12月進行電磁波實驗研究中偶然發(fā)現(xiàn)的，雖然是偶然發(fā)現(xiàn)，但他立即意識到它的重要性，因此在以后的幾個月中他暫時放下了手頭的研究，對這一現(xiàn)象進行了專門的研究。雖然赫茲沒能給出光電效應以合理的解釋，但赫茲的論文發(fā)表后，光電效應成了19世紀末物理學中一個非?；钴S的研究課題。勒納是赫茲的學生和助手，很早就對光電效應產(chǎn)生了興趣。1920年他發(fā)表論文介紹了他的研究成果，勒納得出，發(fā)射的

3、電子數(shù)正比于入射光所帶的能量，電子的速度和動能與發(fā)射的電子數(shù)目完全無關，而只與波長有關，波長減少動能增加，每種金屬對應一特定頻率，當入射光小于這一頻率時，不發(fā)生光電效應。雖然勒納對光電效應的規(guī)律認識很清楚，但其解釋卻是錯誤的。 1905年，愛伊斯坦在普朗克能量子的啟發(fā)下，提出了光量子的概念，并成功解釋了光電效應。接著，密立根對光電效應進行了10年左右的研究，與1916年發(fā)表論文正是了愛因斯坦的正確性，并精確測出了普朗克常量。從而為量子物理學的誕生奠定了堅實的理論和實驗基礎，愛因斯坦和密立根都因為光電效應方面的杰出貢獻，分別于1921年和1923年獲得了諾貝爾物理學獎。 對光電效應的研究，使人們

4、進一步認識到光的波粒二象性本質(zhì)，促進了光電 子理論的簡歷和近代物理學的發(fā)展。利用光電效應制成電器件如光電管、光電池、光電倍增管等，已成為生產(chǎn)和科研中不可或缺的傳感和換能器。光電探測器和光電測量儀的應用也越來越廣泛。另外，利用光電效應還可以制一些光控繼電器，用于自動控制、自動設計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。 【實驗目的】 1、通過實驗深刻理解愛因斯坦的光電效應理論，了解光電效應的基本規(guī)律； 2、掌握用光電管進行光電效應研究的方法； 3、學習對光電管伏安特性曲線的處理方法，并用以測定普朗克常數(shù)h。 【儀器用具】 普朗克常量測定儀一套，包括：工作臺、磁性底座、光電管、光源、濾色片或單色儀、微電流放大器

5、等。 【實驗原理】 1、光電效應與愛因斯坦方程 用合適頻率的光照射在某些金屬表面上時，會有電子從金屬表面逸出，這種 現(xiàn)象叫做光電效應，從金屬表面逸出的電子叫光電子。為了解釋光電效應現(xiàn)象，愛因斯坦提出了“光量子”的概念，認為對于頻率為 的光波，每個光子的能量 為 式中，為普朗克常數(shù)，它的公認值是 =6.626 。 按照愛因斯坦的理論，光電效應的實質(zhì)是當光子和電子相碰撞時，光子把全部能量傳遞給電子，電子所獲得的能量，一部分用來克服金屬表面對它的約束，其余的能量則成為該光電子逸出金屬表面后的動能。 愛因斯坦提出了著名的光電方程： （1） 式中，?為入射光的頻率，m為電子的質(zhì)量，v為光電子逸出金屬表面

6、的初 12mv2為被光線照射的金屬材料的逸出功，為從金屬逸出的光電子的最速度， 大初動能。 由（1）式可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動能必然也越大，所以即使陰極不加電壓也會有光電子落入陽極而形成光電流，甚至陽極電位比陰極電位低時也會有光電子落到陽極，直至陽極電位低于某一數(shù)值時，所有光電子都不能到達陽極，光電流才為零。這個相對于陰極為負值的陽極電位U0被稱為光電效應的截止電壓。 顯然，有 （2） 代入（1）式，即有 （3） 由上式可知，若光電子能量h?W，則不能產(chǎn)生光電子。產(chǎn)生光電效應的最低頻率是?0?W h，通常稱為光電效應的截止頻率。不同材料有不同的逸出功， 因而?0也不同。由

7、于光的強弱決定于光量子的數(shù)量，所以光電流與入射光的強度成正比。又因為一個電子只能吸收一個光子的能量，所以光電子獲得的能量與光強無關，只與光子?的頻率成正比，將（3）式改寫為 （4） 上式表明，截止電壓U0是入射光頻率?的線性函數(shù)，如圖2，當入射光的頻率?0時，截止電壓U0?0，沒有光電子逸出。圖中的直線的斜率 個正的常數(shù)： （5） 由此可見，只要用實驗方法作出不同頻率下的U0?曲線，并求出此曲線的斜率，就可以通過式（5）求出普朗克常數(shù)h。其中 量。 是電子的電k?he是一 U0-v 直線 2、光電效應的伏安特性曲線 下圖是利用光電管進行光電效應實驗的原理圖。頻率為 、強度為 的光線照射到光電管

8、陰極上，即有光電子從陰極逸出。如在陰極K和陽極A之間加正向電壓UAK，它使K、A之間建立起的電場對從光電管陰極逸出的光電子起加速作用，隨著電壓UAK的增加，到達陽極的光電子將逐漸增多。當正向電壓 增加 到Um時，光電流達到最大，不再增加，此時即稱為飽和狀態(tài)，對應的光電流即稱為飽和光電流。 光電效應原理圖 由于光電子從陰極表面逸出時具有一定的初速度，所以當兩極間電位差為零時，仍有光電流I存在，若在兩極間施加一反向電壓，光電流隨之減少；當反向電壓達到截止電壓時，光電流為零。 愛因斯坦方程是在同種金屬做陰極和陽極，且陽極很小的理想狀態(tài)下導出的。實際上做陰極的金屬逸出功比作陽極的金屬逸出功小，所以實驗

9、中存在著如下問題： （1）暗電流和本底電流存在，可利用此，測出截止電壓（補償法）。 （2）陽極電流。制作光電管陰極時，陽極上也會被濺射有陰極材料，所以光入射到陽極上或由陰極反射到陽極上，陽極上也有光電子發(fā)射，就形成陽極電流。由于它們的存在，使得IU曲線較理論曲線下移，如下圖所示。 伏安特性曲線 【實驗步驟】 1、調(diào)整儀器 (1)連接儀器；接好電源，打開電源開關，充分預熱（不少于20分鐘）。 (2)在測量電路連接完畢后，沒有給測量信號時，旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”旋鈕調(diào)零。每換一次量程，必須重新調(diào)零。 (3)取下暗盒光窗口遮光罩，換上365.0nm濾光片，取下汞燈出光窗口的遮光罩，裝好遮光筒，調(diào)節(jié)好暗盒與汞燈

10、距離。 2、測定光電管的暗電流 適當選取電壓和電流的的量程，在無光照的條件下，測出不同電壓下的相應暗電流值。 3、測量光電管的伏安特性曲線 (1)取下暗盒蓋，讓光電管對準單色儀出射狹縫，按螺旋測微頭顯示的波長（?102nm）在可見光范圍內(nèi)選擇一種波長輸出，根據(jù)微安表指示，找到峰值，并設置適當?shù)谋堵拾存I。 (2) 選取適當?shù)碾妷汉碗娏鞯牡牧砍?，?1.50V起測出不同電壓下的光電流，相繼選擇波長為365nm，385nm，400，500nm，600nm，650nm的單色光重復測量。 (3)選擇合適的坐標，分別作出兩種光闌下的光電管伏安特性曲線UI 。 【實驗記錄與處理】 365nm 篇三：普朗克常

11、量的測定實驗報告 光電效應法測普朗克常量 PB05007204李東永 了解光電效應的基本規(guī)律，并用光電效應方法測量普朗克常量和測定光電管的光電特性曲線。 1光電效應實驗原理如右圖所示。其中S為 真空光電管，K為陰極，A為陽極。 2光電流與入射光強度的關系 光電流隨加速電位差U的增加而增加，加 速電位差增加到一定量值后，光電流達到飽和值和值IH，飽和電流與光強成正比， 而與入射光的頻率無關。當U= UA-UK變成負值時，光電流迅速減小。實驗指出，有一個遏止電位差Ua存在，當電位差達到這個值時，光電流為零。 3 光電子的初動能與入射頻率之間的關系 由愛因斯坦光電效應方程hv? 1 mv2?A 可見

12、：光電子的初動能與入射光頻2 率呈線性關系，而與入射光的強度無關。 4 光電效應有光電閾存在 實驗指出，當光的頻率v?v0時，不論用多強的光照射到物質(zhì)都不會產(chǎn)生光電效應，根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知：v0?0稱為紅限。 愛因斯坦光電效應方程同時提供了測普朗克常量的一種方法： h? A，h e(Ui?Uj)vi?vj 光電管、單色儀（或濾波片）、水銀燈、檢流計（或微電流計）、直流電源、直流電壓計等，接線電路如右圖所示。 1 在365nm、405nm、436nm、546nm、577nm五種單色光下分別測出光電管的伏安特性曲線，并根據(jù)此曲線確定遏止電位差值，計算普朗克常量h。 2 作v?Ua的關系曲線，用一元線形回歸法計算光電管陰極材料的紅限頻率、逸出功及h值，并與公認值比較。 3 在波長為577nm的單色光，電壓為20V的情況下，分別在透光率為25%、50%、