光電效應物理實驗報告

-.z.光電效應實驗目的：了解光電效應的規(guī)律，加深對光的量子性的理解測量普朗克常量h。實驗儀器：ZKY-GD-4光電效應實驗儀1微電流放大器2光電管工作電源3光電管4濾色片5汞燈實驗原理：原理圖如右圖所示：入射光照射到光電管陰極K上，產(chǎn)生的光電子在電場的作用下向陽極A遷移形成光電流。改變外加電壓VAK，測量出光電流I的大小，即可得出光電管得伏安特性曲線。1）對于*一頻率，光電效應I-VAK關系如圖所示。從圖中可見，對于一定頻率，有一電壓V0，當VAK≤V0時，電流為0，這個電壓V0叫做截止電壓。2)當VAK≥V0后，電流I迅速增大，然后趨于飽和，飽和光電流IM的大小與入射光的強度成正比。3）對于不同頻率的光來說，其截止頻率的數(shù)值不同，如右圖：4)對于截止頻率V0與頻率QUOTE的關系圖如下所示。V0與QUOTE成正比關系。當入射光的頻率低于*極限值QUOTE時，不論發(fā)光強度如何大、照射時間如何長，都沒有光電流產(chǎn)生。5）光電流效應是瞬時效應。即使光電流的發(fā)光強度非常微弱，只要頻率大于QUOTE，在開始照射后立即就要光電子產(chǎn)生，所經(jīng)過的時間之多為10-9s的數(shù)量級。實驗內(nèi)容及測量：1將4mm的光闌及365nm的濾光片祖昂在光電管暗箱光輸入口上，打開汞燈遮光蓋。從低到高調節(jié)電壓（絕對值減?。?，觀察電流值的變化，尋找電流為零時對應的VAK值，以其絕對值作為該波長對應的QUOTE值，測量數(shù)據(jù)如下：波長/nm365404.7435.8546.1577頻率/QUOTE8.2147.4086.8975.495.196截止電壓/V1.6791.3351.1070.5570.434頻率和截止電壓的變化關系如圖所示：由圖可知：直線的方程是:y=0.4098*-1.6988所以:h/e=0.4098×QUOTE,當y=0，即QUOTE時，QUOTE，即該金屬的截止頻率為。也就是說，如果入射光如果頻率低于上值時，不管光強多大也不能產(chǎn)生光電流；頻率高于上值，就可以產(chǎn)生光電流。根據(jù)線性回歸理論：可得：k=0.40975，與E*CEL給出的直線斜率相同。我們知道普朗克常量QUOTE,所以，相對誤差：2測量光電管的伏安特性曲線用435.8nm的濾色片和4mm的光闌實驗數(shù)據(jù)如下表所示：435.8nm4mm光闌I-VAK的關系VAKIVAKIVAKIVAKIVAKIVAKI0.0401.90.8584.22.3009.36.60019.512.00027.322.00035.80.0892.10.9354.42.500106.80019.912.50027.722.70036.20.1512.31.0964.92.70010.67.20020.513.00028.324.100370.2112.41.2085.32.90011.17.80021.514.20029.425.70037.90.3402.71.3255.63.200128.7002315.00030.126.80038.30.3952.91.4686.13.80013.99.10023.616.10031.127.50038.70.4703.11.6376.74.20014.89.80024.616.60031.629.50039.50.5613.31.7797.24.90016.410.20025.117.50032.330.90040.10.6563.61.9307.85.40017.410.70025.818.600330.7253.82.0008.36.10018.711.10026.319.60033.7用546.1nm的濾光片和4mm的光闌數(shù)據(jù)如下表所示：546.1nm4mm光闌I-VAK的關系VAKIVAKIVAKIVAKI0.31.35.99.113.213.023.815.91.02.66.89.814.113.325.316.11.43.47.610.415.113.726.416.51.84.18.210.816.114.027.216.62.24.98.811.117.114.228.016.72.85.79.811.617.814.428.916.73.26.310.011.918.914.729.716.83.97.111.412.319.714.930.716.94.37.612.112.620.115.031.217.04.98.212.712.920.915.2作兩種情況下，光電管得伏安特性曲線：由上圖可知：光電流隨管壓降的增大而逐漸增大。在增大的過程中，增長速度由快變慢最終達到飽和。這一點在546.1nm的伏安特性中可以清楚地看出。當管壓降相同時，比較兩個不同波長的光電流可以發(fā)現(xiàn)：波長長的，即頻率小的（546.1nm）光電流?。徊ㄩL短的，即頻率大的（435.8nm）光電流大。這也間接證明了愛因斯坦的光電流方程：QUOTE。對于同一種金屬，溢出功A相等，頻率高的就能得到更大的動能來克服金屬的束縛，從而形成更大的光電流。3.保持管壓降QUOTE不變，調整光闌的直徑，分別為：2mm,4mm,8mm。測量對應的電流如下：光闌孔直徑mm248435.8nmI/QUOTE8.836.8108.9546.1nmI/QUOTE3.915.946.5作出兩種不同波長的光電流隨光強的變化圖，如下：我們可以看出：同一種波長下，光電流隨光闌直徑的增大而增大。由于數(shù)據(jù)點有限，不能表明光闌面積（即光強的大?。┩怆娏鞯木唧w關系，是否是線性的，也就無從得知。所畫出的圖形如下：不同波長下，若光闌直徑相等，即光強相同，光的頻率越大，光電流越大；并且，頻率大的光變化也快。在光強較弱時，不同的光產(chǎn)生的光電流大小相差無幾，但當光強變大后，兩者差距逐漸變大。4在QUOTE的情況下，保證光闌直徑為8mm，測量兩種光強下，光電流與入射距離的變化關系如下表和下圖所示：入射距離L4038363433I/QUOTE117.1133.3146.8174.3184入射距離L4039383736353433I/QUOTE42.34445.549.757.259.466.674.1入射距離增大，光強勢必會減小，由圖可知，光電流變小，這樣的結論和以上改變光闌直徑所得結論相一致。對于不同的光波，頻率大的光