光电效应测普朗克常数实验报告(共9篇)

光电效应测普朗克常数实验报告(共9篇) 光电效应测普朗克常数实验报告(共9篇) 光电效应测普朗克常数-实验报告 综合、 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 性实验报告 年级 学号 ********** 姓名 时间 ********** 成绩 _________ 一、 实验题目 光电效应测普朗克常数 二、 实验目的 1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，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，并用以测定普朗克常数。 三、仪器用具 ZKY—GD—3光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片(五个)、光阑(两个)、光电管、测试仪 四、 实验原理 1、光电效应与爱因斯坦方程 用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种 现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为 的光波，每个光子的能量为 式中， 为普朗克常数，它的公认值是 =6.626 。 按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。 爱因斯坦提出了著名的光电方程: (1) 式中，?为入射光的频率，m为电子的质量，v为光电子逸出金属表面的初 12mv2为被光线照射的金属材料的逸出功，为从金属逸出的光电子的最 速度， 大初动能。 由(1)式可见，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位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子 都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位U0被称为光电效应的截止电压。 显然，有 (2) 代入(1)式，即有 (3) 由上式可知，若光电子能量h??W，则不能产生光电子。产生光电效应的最 低频率是 ?0? W h，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功， 因而?0也不同。由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子?的频率成正比，，将(3)式改写为 (4) 上式表明，截止电压U0是入射光频率?的线性函数，如图2，当入射光的频率???0时，截止电压U0?0，没有光电子逸出。图中的直线的斜率个正的常数: (5) 由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的U0??曲线，并求出此曲线的斜率，就可以通过式(5)求出普朗克常数h。其中 量。 是电子的电 k? h e是一 U0-v 直线 2、光电效应的伏安特性曲线 下图是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为 、强度为 的光线 照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出。如在阴极K和阳极A之间加正向电压UAK，它使K、A之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，随着电压UAK的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压 增加 到Um时，光电流达到最大，不再增加，此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流。 光电效应原理图 由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少;当反向 电压达到截止电压时，光电流为零。 爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出 功小，所以实验中存在着如下问题: (1)暗电流和本底电流存在，可利用此，测出截止电压(补偿法)。 (2)阳极电流。制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。由于它们的存在，使得I,U曲线较理论曲线下移，如下图所示。 伏安特性曲线 五、 实验步骤 1、调整仪器 (1)连接仪器;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”旋钮调零。每换一次量程，必须重新调零。 (3)取下暗盒光窗口遮光罩，换上365.0nm滤光片，取下汞灯出光窗口的遮光罩，装好遮光筒，调节好暗盒与汞灯距离。 2、测量普朗克常数h (1) 将电压选择按键开关置于–2,，2V档，将“电流量程”选择开关置于 A档。将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上。 (2) 将直径为4mm的光阑和365.0nm的滤色片装在光电管电暗箱输入口上。 (3) 从高到低调节电压，用“零电流法”测量该波长对应的U0，并数据 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 。 (4) 依次换上404.7nm、 435.8nm、546.1nm、577.0nm的滤色片，重复步骤(1)、(2)、(3)。 (5)测量三组数据你，然后对h取平均值。 3、测量光电管的伏安特性曲线 篇二:光电效应测普朗克常量实验报告 三、 实验原理 1. 光电效应 当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。所产生的电子，称为光电子。光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时，便获得这光子的全部能量hv，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功W，电子就会从金属中逸出。按照能量守恒原理有: (1) 上式称为爱因斯坦方程，其中m和?m是光电子的质量和最大速度，是光电子逸出表面 后所具有的最大动能。它说明光子能量hv小于W时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生;产生光电效应的入射光最低频率v0=W/h，称为光电效应的极限频率(又称红限)。不同的金属材料有不同的脱出功，因而υ0也是不同的。由(1)式可见，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位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为 零。这个相对于阴极为负值的阳极电位 被称为光电效应的截止电压。 显然，有 代入(1)式，即有 (3) 由上式可知，若光电子能量 ，则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是 (2) ，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功，因而也不同。由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子 ν的频率成正比，，将(3)式改写为 (4) 上式表明，截止电压 是入射光频率 ν的线性函数，如图2，当入射光的频率 时， 截止电压，没有光电子逸出。图中的直线的斜率是一个正的常数: (5) 由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的 通过式(5)求出普朗克常数 h。其中 曲线，并求出此曲线的斜率，就可以是电子的电量。 图2 U0-v 直线 2. 光电效应的伏安特性曲线 图3是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为ν、强度为P的光线照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出。如在阴极K和阳极A之间加正向电压，它使K、A之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，随着电压 的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压 增加到 时，光电流达到最大，不再增加，此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流。 图3 光电效应原理图 由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少;当反向电压达到截止电压时，光电流为零。 图4 入射光频率不同的I,U曲线 图5 入射光强度不同的I,U曲线 爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，所以实验中存在着如下问题: (1) 暗电流和本底电流。当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流，称为暗电流。它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。室内各种漫反射光射入光电管造成的光电流 称为本底电流。暗电流和本底电流随着K、A之间电压大小变化而变化。 (2) 阳极电流。制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。由于它们的存在，使得I,U曲线较理论曲线下移，如图6所示。 图6 伏安特性曲线 五、 数据记录与处理 1、零电流法测h 第一组:普朗克常数:6.65× J?s 误差0.30% 第二组:普朗克常数:6.64×第三组:普朗克常数:6.64×2、补偿法测h 普朗克常数:6.68× J?s 误差0.88% J?s 误差0.26% J?s 误差0.21% 3、伏安特性曲线 见下页。 六、思考讨论 1、什么是光电效应，及内，外光电效应和单光子，多光子光电效应。 当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。所产生的电子，称为光电子。 常说的光电效应是外光电效应，即电子从金属表面逸出。内光 电效应是光电效应的一种，主要由于光量子作用，引发物质电化学性质变化。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。光电导效应:当入射光子射入到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大。光生伏特效应:当一定波长的光照射非均匀半导体(如PN结)，在自建场的作用下，半导体内部产生光电压。 篇三:光电效应测普朗克常数实验报告 光电效应测普朗克常数实验报告 系 别:电气学院 实 验 日 期2012年11月19日 专业班级:电气15班 姓 名:王菁 学号:2110401127 一. 实验简介 当光照在物体上时，光的能量仅部分的以热的形式为物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子溢出物体表面，这种效应称为光电效应，溢出的电子称为光电子。 根据爱因斯坦理论，每个光子的能量为 其中h为普朗克常数，是近代量子物理中的重要常数。而本实验就是利用光电效应法来测得普朗克常数。 二.实验内容 1(了解光电效应的基本规律。 2(熟悉普朗克常数测定仪的操作比并用光电效应方法测量普朗克常数。 三.实验原理 光电效应实验———实验原理 根据爱因斯坦理论，光能是以光电子的形式一份一份地向外传递，每个光子的能量为 ，式中 焦耳?秒，称为普朗克常数，是近代量子理论的重要常数，v是光的频率。在光电效应中，光子的能量一次全部传给金属中的电子。这电子所获得的能量一部分用来使它从金属中逸出所必须的共A，另一部分能量变转化为光电子的最大初动能。于是有 式中m是电子质量，V是电子最大初速度，这就是著名的爱因斯坦光电效应方程式。由这个方程式可知光电效应的规律为: 1. 当hv ? A，v ? A/h = v0时，才能使光电子逸出金属表面。v0称为截止频率，取决于金属材料。 2. 光电子的初动能只取决于光的频率。 3. 光子多少，决定光的强弱，光强增加，光子数增加，逸出的电子数也多。 为了测出光电子的初动能，采用如下图的实验电路。 在光电管两端加上反向电压，当单色光照射到光电管阴极K时，由阴极逸出的光电子具有初动能，在反向电压下逆着电场力方向由阴极K向阳极A运动，随着反向电压的增大，光电流逐渐减小，当反向电压增加到V0时，光电流降为0，此时光电子做的功等于逸出的初动能，即 因此，在试验中只要改变入射光的频率，可求得普朗克常数。 四.实验仪器 包括GD-5光电管、单色仪、水银灯、检流计、直流电源、直流电压表、滑线变阻器、临界电阻箱。 1. GD-5光电管:置于暗箱之中，是实验中产生光电效应的元件。 2.反射式单色仪:调整入射、出射的狭缝和调节鼓轮的读数，改变棱镜的转角，就可以得到所需要的单色光。 3.水银灯:即汞灯，用于作线光源。 4. 直流电源:为电路提供电源支持。 5.检流计用来检验电路有无电流通过，测量微电流。检流计使用前要进行调零工作，调零的时候用调零旋钮将检流计的显示光标调到0点处。 6.直流电压表用于测量光电管两端的电压。测量光电管的正向特性的时候，用量程为0~50伏的直流电压表;测量光电管的反向特性的时候，用量程为0~1500毫伏的直流电压表。 7.滑线变阻器作分压器用，分压器在电源电路接通以前，应使输出电压取最小值;电源接通后再调整其输出电压，切断电源前也应使输出电压取最小值，以免损坏电表。 8.临界电阻箱为了使检流计工作于临界阻尼之下，必须首先调节临界电阻箱至一定的阻值。 五.实验步骤 1(连接电路 根据测量光电管正向特性的电路图将实验电路接好;根据测量光电管反向特性的电路图将实验电路接好。 线路连接好后，鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查。若连线正确，就可以正式开始实验，否则需要继续连线。 2(调整仪器 通过接线检查后，双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。 (1)检流计的调零。 (2)临界电阻箱的调节。 (3)调节单色仪，得到合适波长的单色光，实验中将用到5770埃、5461埃、4358埃、4047埃四种波长的单色光。 3. 实验内容 (1)分别对四种波长的光进行实验，得到光电管在各种波长的单色光照射下的正向、反向电压特性，一共八组数据，记录在表格中。 (2)根据记录下来的数据绘出光电管的伏安特性曲线图，根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常数值。 (3)用一元线性回归法计算光电管阴极材料的红限值，逸出功及普朗克常数值。 六(数据处理 篇四:光电效应测普朗克常数-实验报告 普朗克常量的测定 【摘要】 本文介绍了大学物理实验中常用的光电效应测普朗克常量实验的基本原理及实验操作过程，验证了爱因斯坦光电效应方程并 精确测量了普朗克常量，通过对实验得出的数据仔细分析比较，探讨了误差现象及其产生的原因，根据实验过程中得到的体会和思索，提出了一些改进实验仪器和条件的设想。 【关键字】 爱因斯坦光电方程;光电流;普朗克常量 【引言】 在文艺复兴和工业革命后，物理学得到了迅猛的发展，在实际应用中也发挥了巨大的作用。此刻人们感觉物理学的大厦已经建成，剩下只是一些补充。直到19世纪末，物理学领域出现了四大危机:光电效应、固体比热、黑体辐射、原子光谱，其实验现象用经典物理学的理论难以解释，尤其对光电效应现象的解释与理论大相径庭。 光电效应最初是赫兹在1886年12月进行电磁波实验研究中偶然发现的，虽然是偶然发现，但他立即意识到它的重要性，因此在以后的几个月中他暂时放下了手头的研究，对这一现象进行了专门的研究。虽然赫兹没能给出光电效应以合理的解释，但赫兹的 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 发表后，光电效应成了19世纪末物理学中一个非常活跃的研究课题。勒纳是赫兹的学生和助手，很早就对光电效应产生了兴趣。1920年他发表论文介绍了他的研究成果，勒纳得出，发射的电子数正比于入射光所带的能量，电子的速度和动能与发射的电子数目完全无关，而只与波长有关，波长减少动能增加，每种金属对应一特定频率，当入射光小于这一频率时，不发生光电效 应。虽然勒纳对光电效应的规律认识很清楚，但其解释却是错误的。 1905年，爱伊斯坦在普朗克能量子的启发下，提出了光量子的概念，并成功解释了光电效应。接着，密立根对光电效应进行了10年左右的研究，与1916年发表论文正是了爱因斯坦的正确性，并精确测出了普朗克常量。从而为量子物理学的诞生奠定了坚实的理论和实验基础，爱因斯坦和密立根都因为光电效应方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得了诺贝尔物理学奖。 对光电效应的研究，使人们进一步认识到光的波粒二象性本质，促进了光电 子理论的简历和近代物理学的发展。利用光电效应制成电器件如光电管、光电池、光电倍增管等，已成为生产和科研中不可或缺的传感和换能器。光电探测器和光电测量仪的应用也越来越广泛。另外，利用光电效应还可以制一些光控继电器，用于自动控制、自动设计数、自动报警、自动跟踪等。 【实验目的】 1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，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，并用以测定普朗克常数。 【仪器用具】 ZKY—GD—3光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片(五个)、光阑(两个)、光电管、测试仪 【实验原理】 1、光电效应与爱因斯坦方程 用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种 现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为 的光波，每个光子的能量 为 式中， 为普朗克常数，它的公认值是 =6.626 。 按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。 爱因斯坦提出了著名的光电方程: (1) 式中，?为入射光的频率，m为电子的质量，v为光电子逸出金属表面的初 12mv2为被光线照射的金属材料的逸出功，为从金属逸出的光电子的最速度， 大初动能。 由(1)式可见，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位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位U0被称为光电效应的截止电压。 显然，有 (2) 代入(1)式，即有 (3) 由上式可知，若光电子能量h??W，则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是?0?W h，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功， 因而?0也不同。由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子?的频率成正比，，将(3)式改写为 (4) 上式表明，截止电压U0是入射光频率?的线性函数，如图2，当入射光的频率???0时，截止电压U0?0，没有光电子逸出。图中的直线的斜率 个正的常数: (5) 由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的U0??曲线，并求出此曲线的斜率，就可以通过式(5)求出普朗克常数h。其中 量。 是电子的电k?he是一 U0-v 直线 2、光电效应的伏安特性曲线 下图是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为 、强度为 的光线照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出。如在阴极K和阳极A之间加正向电压UAK，它使K、A之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，随着电压UAK的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压 增加 到Um时，光电流达到最大，不再增加，此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流。 光电效应原理图 由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少;当反向电压达到截止电压时，光电流为零。 爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出 功小，所以实验中存在着如下问题: (1)暗电流和本底电流存在，可利用此，测出截止电压(补偿法)。 (2)阳极电流。制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。由于它们的存在，使得I,U曲线较理论曲线下移，如下图所示。 伏安特性曲线 【实验步骤】 1、调整仪器 (1)连接仪器;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”旋钮调零。每换一次量程，必须重新调零。 (3)取下暗盒光窗口遮光罩，换上365.0nm滤光片，取下汞灯出光窗口的遮光罩，装好遮光筒，调节好暗盒与汞灯距离。 2、测量普朗克常数h (1) 将电压选择按键开关置于–2,，2V档，将“电流量程”选择开关置于 A档。将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上。 (2) 将直径为4mm的光阑和365.0nm的滤色片装在光电管电暗箱输入口上。 (3) 从高到低调节电压，用“零电流法”测量该波长对应的U0，并数据记录。 (4) 依次换上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的滤色片，重复步骤 (1)、(2)、(3)。 (5)测量三组数据你，然后对h取平均值。 3、测量光电管的伏安特性曲线 (1)暗盒光窗口装365.0nm滤光片和4mm光阑，缓慢调节电压旋钮，令电压输出值缓慢由0V伏增加到30V，每隔1V记一个电流值。但注意在电流值为零处记下截止电压值. (2)在暗盒光窗口上换上404.7nm滤光片，仍用4mm的光阑，重复步骤(1)。 (3)选择合适的坐标，分别作出两种光阑下的光电管伏安特性曲线U,I 。 【实验记录与处理】 篇五:光电效应测定普朗克常数实验报告评分标准 一 实验预习(20分) 学生进入实验室前应预习实验，并书写实验预习报告。预习报告应包括:?实验目的，?实验原理，?实验仪器，?实验步骤 ?实验数据记录表等五部分。 以各项表述是否清楚、完整，版面 验前还应预习实验)。 二 实验操作过程(20分) 学生在教师的指导下进行实验。操作过程分三步，第一步使用光电效应实验仪测量不同光波频率下对应的I,U值，包括 ?仪器预热，?微电流表的调零满度校准，?选择合适的实验条件进行测量;第二步实验数据记录;第三步实验仪器整理。以各项是否能够按照实验要求独立、正确完成，数据记录是否准确、正确分三段给分。 三 实验纪律(10分) 学生进入实验室，按照学生是否按规定进入实验室，是否按照操作要求使用仪器，是否在实验结 束后将仪器整理整齐，是否有大声喧哗、打闹现象。分三段给分。 课后完成一份完整的实验报告。 四、数据记录及处理(35分) 1 2学生在数据处理过程中，是否按照要求正确书写中间计算结果、最终实验结果和不确定度的有 效数字位数，分三段给分。 二、思考题(10分) 学生在实验结束后，在三道思考题中选择两道，抄写题目并回答。按照问题回答是否准确，有 按照学生实验报告书写是否整洁，分三段给分。 学生进入实验室，用15分钟的时间看书，15分钟之后将书收起来，开始进行实验测试。测试期间禁止看书。评分标准如下: 一 实验操作部分(70分) 第一步:使用光电效应实验仪测量不同光波频率下对应的I,U值。 1实验准备。光阑转盘是否旋转到盖住光电管暗盒窗口光窗，光电管暗盒是否离开光源20— 2微电流表的调零满度校准。 ?光电管屏蔽电缆电流线和电压线断开是否，转换开关是否偏置于 “调零 ”; “电流调节” 校准 旋钮是否旋转至右侧“校准”档，“校准”旋钮使电流表至数显“-100.00”。分四段给分。 分四段给分。 ”， 3测量不同光波频率下对应的I,U值。 ?转换开关是否偏置于“测量 ”档，屏蔽电缆(电流线)及地线和阴极电压线是否连接，“电流调节”旋钮是否选择合适的量程。电管暗盒窗口是否对准光阑通光孔并用螺钉轻轻固定，是否选择 365.0nm滤光片，是否选择合适的光阑入射光孔径。分四段给分。 ?调节电压从-2V,2V，每隔0.1V快速测量一次，在拐点附近每隔 0.05V测一次，记录一组对应的电压电流值填入表格中。分四段给分。 后，必须更换更大的量程，以免造成读数误差。在Uc附近尽量不换量程，否则量程误差会给曲线造成附加台阶，影响数值求导的效果。电流如果太大或太小，则需调节汞灯距 离或选择光片，测出不同光频率的I,U值。分四段给分。 ?仪器整理。是否能够将仪器归位，“电流调节”旋钮预置于“短路”档位，“电压调节”旋钮是否反时针调到底，光阑转盘是否旋转到盖住光电管暗盒窗口，关闭电 源。分四段给分。 1 、实验目的、简单原理介绍是否清晰、整齐。分四段给分。 2、是否有准确的实验步骤、数据表格，且清晰、整齐。分四段给分。 3、实验数据处理是否正确，是否按照要求正确书写中间计算结果、最终实验结果和不确定度的有效数字位数。分四段给分。 篇六:基础物理实验-光电效应法测定普朗克常数 基础物理实验研究性报告 实验课题: 光电效应法测普朗克常数 的误差分析及现象探究 班级: 姓名: 学号: 目录 目 录 .................................................................................................................................................. 2 摘 要: .............................................................................................................................................. 3 一、 实验及应用背景介 绍 ....................................................................................................... 3 二、 实验目 的 ........................................................................................................................... 3 三、 实验原 理 ........................................................................................................................... 4 四、 实验仪器介 绍 ................................................................................................................... 6 五、 实验内 容 ........................................................................................................................... 7 (1) 测试前准 备 ................................................................................................................... 7 (2) 测普朗克常数 h: ........................................................................................................ 7 (3) 测光电管的伏安特性曲 线: ....................................................................................... 9 六、 数据记录与处 理 ............................................................................................................. 11 (1)原始数据记 录 ............................................................................................................... 11 (2)图示 法 ........................................................................................................................... 12 (3)线性回归 法 ................................................................................................................... 13 (4)不同频率时光电管的伏安特性曲 线 ........................................................................... 15 (5)同一频率、不同光强时光电管的伏安特性曲 线 ....................................................... 16 七、 八、 九、 十、 误差分 析 .................................................................................................... ..................... 16 实验现象探 究 .................................................................................................... ............. 17 实验总结、感想 ........................................................... .................................................. 17 参考文 献 .................................................................................................... ..................... 18 摘要: 本报告对光电效应法测普朗克常数的实验原理、步骤、仪器及 一些注意事项进行了简要介绍。分别运用了图示法和线性回归法 处理数据算得普朗克常量，对比得出了更加准确的处理方法，并 运用office软件对数据进行了处理，有效地控制了直线拟合的人 为误差。最后对实验的误差来源进行了探究，提出了些改进方法， 并对实验结果进行了分析,提出了自己的一些浅薄的感想。 一、 实验及应用背景介绍 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 表面逸出的现象。1887年物理学家赫兹用实验验证电磁波的存在 时发现了这一现象，但是这一实验现象无法用当时人们所熟知的电磁波理论加以解释。 1905年，爱因斯坦大胆地把普朗克在进行黑体辐射研究过程中提出的辐射能量不连续观点应用于光辐射，提出“光量子”概念，从而成功地解释了光电效应现象。1916年密立根通过光电效应对普朗克常数的精确测量，证实了爱因斯坦方程的正确性，并精确地测出了普朗克常数。爱因斯坦与密立根都因光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。 光电效应实验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。随着科学技术的发展，光电效应已广泛用于工农业生产、国防和许多科技领域。利用光电效应制成的光电器件，如光电管、光电池、光电倍增管等，已成为生产和科研中不可缺少的器件。 二、 实验目的 1. 定性分析光电效应规律，通过光电效应实验进一步理解光的量子性; 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h; 3. 进一步练习利用线性回归和作图法处理实验数据。 三、 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 的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。 ，测量出光电流I 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I- 定的频率，有一电压U0, 当 ? 关系如图2所示。从图中可见，对一时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压U0，被称为截止电压。 (2)当?后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流IM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)截止电压U0与频率 的关系如图4所示，与 成正比。当入射光频 率低于某极限值( 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 在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为 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 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，一次被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: (1) 式中，A为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。 由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有关系: (2) 阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升;当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光 电子几乎全收集到阳极，再增加时I不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流 的大小与入射光的强度P成正比。 篇七:光电效应测普朗克常量实验报告 广东第二师范学院学生实验报告 1 2 3 4 5 篇八:光电效应测普朗克常数的数据处理及误差分析 第 24 卷 第 2 期 大 学 物 理 实 验 V ol. 24 N o. 2 A pr. 2011 2011 年 4 月 PH Y SICA L EXPERI M ENT OF CO L LEG E 文章编号: 1007 2934( 2011) 02 0093 03 光电效应测普朗克常数的数据处理及误差分析 王云志, 赵 ( 北京联合大学, 北京 敏 100101) 摘 要: 在光电效应测量普朗 克常数 的实 验中, 采 用零 电流 法测 遏止 电压, 实 验操 作的 可重 复性 好。不论是采用逐差法还是线性回归法, 计算得出普朗克常数 的相对误差 都在 2. 5% 之 下, 甚 至相对误 差小到 0. 03% , 而且通过对该实验数据 处理及分 析, 发现同一 次实验 数据, 用不同 的数 据处 理方法, 相 对误差竟相差几十倍。 关 键 词: 光电效应; 普朗克常数; 零电流法; 遏止 电压 中图分类号: O321 文献标志码: A 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逸出的现象。在物理学发 展中, 光电效应现象的发展, 对认识光的波粒二象 性, 具有极为重要的意义, 除了为量子论提供了一 种直观、鲜明论证外, 也提供了一种简单有效的测 量普朗克常数的方法 [ 1 3] 。学习光电效应实验, 并 通过实验测定普朗克常数 , 有助于了解量子物 理学的发展和对光的本性认识。 [ 4 6] 1. 2 实验原理 按照爱因斯坦的光量子理论, 光能并不像电 磁波理论所想像的那样, 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 [ 7] 。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: 2 hv =0 + A 2 1 1. 1 光电效应实验测量普朗克常数 实验所用的仪器 ZKY GD 3 光电效应实验仪, 仪器由汞灯及 电源, 滤色片, 光阑, 光电管、测试仪( 含光电管电 源和微电流放大器) 构成, 仪器结构如图 1 所示, 测试仪的调节面板如图 2 所示。 2 0 ( 1) 式中, A 为金属的逸出功, 1 m 2 得的初始动能。 为光电子获 由该式可见, 入射到金属表面的光频率越高, 逸出的电子动能越大, 所以即使阳极电位比阴极 电位低时也会有电子落入阳极形成光电流, 直至 阳极电位低于遏止电压 U0 , 光电流才为零, 此时 有关系: eU 0 = 1 2 mv 0 2 图 1 光电效应实验仪结构示意图 ( 2) 阳极电位高于遏止电压 U 0 后, 随着阳极电位 的升高, 阳极对阴极发射的电子的收集作用越强, 光电流随之上升; 当阳极电压高到一定程度, 已把 阴极发射 的光电 子几乎 全收 集到阳 极, 再增加 图 2 光电效应测试仪调节面板 收稿日期: 2010 12 02 94 光电效应测普朗克常数的数据处理及误差分析 UA K 时 I 不再变化, 光电流出现饱和, 饱和光电流 I M 的大小与入射光的强度 P 成正比。 光子的能量 hv 0 A 时, 电子不能脱离金属, 因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频率 ( 截止频率) 是 v 0 = A / h。 将( 2 ) 式代入( 1) 式可得: eU0 = hv A ( 3) 此式表明遏止电压 U0 是频率 v 的线性函数, 直线斜率 k = h/ e, 只要用实验方法得出不同的频 率对应的遏止电压, 求出直线斜率, 就可算出普朗 克常数 h。 用零电流法测量遏止电压 1. 3 ZKY GD 3 光电效应实验仪采用了新型结构 的光电管, 由于其 特殊结构使光不能直接照射到 阳极, 由阴极反射照到阳极的光也很少, 加上采用 新型的阴、阳极材料及制造工艺, 使得阳极反向电 流大大降低, 暗电流水平也很低[ 4 7] 。 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 UA K 的绝对值作为遏止电压 U0 。此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底 电流都很小( ZKY GD 3 光电效应实验仪恰好满 足这个前提) , 用零电流法测得的遏止电压 U 0 与 真实值相差很小。且各谱线的遏止电压都相差 U 对 U 0曲线的斜率无大的影响, 因此对 h 的测量 不会产生大的影响。 1. 4 实验数据及处理方法 用 零电流法 测量每个中心波长对应的遏 止电压 U0 , 并将数据记于表一和表二中。( 以下所 有表格数据中光速 C 取值为 3. 0 108 m/ s) U 0 v 关系 435. 8 6. 884 1. 258 波长 nm) i ( 365. 0 8. 219 1. 838 表 1 404. 7 7. 413 1. 480 光阑孔 546. 1 5. 493 0. 688 = 4 mm 577. 0 5. 199 0. 588 频率 v i ( 1014 H z) 遏止电压 U 0i ( V) ( 1) 用逐差法处理表一数据 U0U0m根据 k = , 可用逐差法从表 = v v m v n 一的 5 组数据选择前 4 或后 4 组数据求出两个 k, 将其平均值作为所求 k 的数值。 用前 4 组数据求出 k= v= 1 n n i= 1 n i= 1 v i 2 表示频率 的平均值 n 0 其中: 10 14 , 测得 2 v 2i 表示频率 v 的平方的平均值 n 普朗克常数 h = k e = 6. 776 10 34 J S, 误差 E = 2. 3 % ; 用后 4 组数据求出测得普朗克常数 h = k 34 010 n i= 1 U0i 表示截止电压 U 0 的平均值 n e = 6. 624 J S, 相对误差 用后 4 组数据求出 k = 0. 414 10 14 , 测得普朗克常数 h = k e= 6. 624 10 34 J S, 相对误差 E = 0. 03% . ( 2) 根据线性回归理论, U 0 v 直线的斜率 k 的最佳拟合值为: 8. 219 7. 413 0 v i V 0i 表示频率 v 与截止电 n i= 1 压 U0 的乘积的平均值 用线 性回 归理论, 处 理表一 数据可 得 k = 0. 4205 10 , 普朗克常数 h = k 10 34 J S , 相对误差 E = 1 . 5% . 6. 884 5. 493 14 e = 6. 728 5. 199 频率 v i ( 1014H z) ( 1) 用前 组求得 k = 0. 420 10 14 , 测得 h = 34 6. 72 S, E = 1. 4% ; 用后 4 组 k = 0. 415 10 14 , 测得 h = k e = 6 . 64 34 S , ( 2) 根据线性回归理论, 用表二数据, U 0 v 14 线的斜率 k : k = 0. 4177 34 可测得 h = 6. 683 S, 相对 误差 E = 0. 86% . 光电效应测普朗克常数的数据处理及误差分析 95 法测遏止电压可重复性较好, 便于学生实际操作. 2 实验误差分析 ZKY GD 3 光电效应实验仪采用了新型结构 3 结 论 的光电管, 使得阳极反向电流大大降低, 暗电流水 平也很低, 在此前提下, 用零电流法测得的遏止电 压 U0 与真实值相差很小。 光电效应测量普朗克常数, 采用零电流法测 遏止电压, 用逐差法处理数据表一, 选用前 4 组数 据计算得出普朗克常数的相对误差 E = 2. 3% ; 用后 4 组数据, 其相对误差 E = 0. 03% . 同样表一 数据, 用线性回归理论计算得出普朗克常数的相 对误差为 E = 1. 5% . 采用同一型号的光电效应实验仪, 同样采用 零电流法测遏止电压, 在不同时期测得数据都是 不同的, 但计算出来的普朗克常数却很相近, 例如 上述处理的表二数据与表一数据, 这表明零电流 从上述实验数据处理以及分析可得, 在光电 效应测量普朗克常数的实验中采用零电流法测遏 止电压, 实验操作的可重复性 好, 不论是采用逐差 法还是线性回归法, 计算得出普朗克常数的 相对 误差都在 2. 5% 以下, 但是同是表一数据, 采用逐 差法选 择后 4 组数据计算得相对误差竟然是前 4 组数据相对误差的约 76 倍, 表二数据前、后 4 组 数据误差相差 7 倍。再对比不同 时期测定的实验 数据表 1 和表 2, 采用线性回归法计算得普朗 克常 数相对误差分别为 E = 1. 5% 和 E = 0. 86% , 两 者很接近, 综 合考虑 线性回 归法比 逐差 法更优 越些。 Data Processing and Error Analysis of Measuring Planck Constant in Photoelectric Effect WA NG Yun zhi, ZH AO M in ( Beijing U nion U niver sity, Beijing 100101) Abstract: By using zero current volt age met ho d t o m easure t he st opping vo ltag e, m easuring t he Planck const ant in the phot oelect ric ef f ect ex periment has good repeat ability of exper im ent al operat ion. Eit her by subtr act io n or by linear regression m et hod, t he relat iv e erro rs of Pl anck const ant is almo st below 2. 5% , so metim es t he relat iv e erro r is 0. 03% . By pr ocessing and analyzing the exper im ent al dat a, w e f ind the same experiment al data has t he diff er ent relat ive errors by using dif ferent data processing met h o ds. Key words: phot oelectr ic ef fect ; P lank const ant ; zer o elect ric current met ho d; st opping vo lt ag e 篇九:光电效应测普朗克常数-实验报告 普朗克常量的测定 【摘要】 本文介绍了大学物理实验中常用的光电效应测普朗克常量实验的基本原理及实验操作过程，验证了爱因斯坦光电效应方程并精确测量了普朗克常量，通过对实验得出的数据仔细分析比较，探讨了误差现象及其产生的原因，根据实验过程中得到的体会和思索，提出了一些改进实验仪器和条件的设想。 【关键字】 爱因斯坦光电方程;光电流;普朗克常量 【引言】 在文艺复兴和工业革命后，物理学得到了迅猛的发展，在实际应用中也发挥了巨大的作用。此刻人们感觉物理学的大厦已经建成，剩下只是一些补充。直到19世纪末，物理学领域出现了四大危机:光电效应、固体比热、黑体辐射、原子光谱，其实验现象用经典物理学的理论难以解释，尤其对光电效应现象的解释与理论大相径庭。 光电效应最初是赫兹在1886年12月进行电磁波实验研究中偶然发现的，虽然是偶然发现，但他立即意识到它的重要性，因此在以后的几个月中他暂时放下了手头的研究，对这一现象进行了专门的研究。虽然赫兹没能给出光电效应以合理的解释，但赫兹的论文发表后，光电效应成了19世纪末物理学中一个非常活跃的 研究课题。勒纳是赫兹的学生和助手，很早就对光电效应产生了兴趣。1920年他发表论文介绍了他的研究成果，勒纳得出，发射的电子数正比于入射光所带的能量，电子的速度和动能与发射的电子数目完全无关，而只与波长有关，波长减少动能增加，每种金属对应一特定频率，当入射光小于这一频率时，不发生光电效应。虽然勒纳对光电效应的规律认识很清楚，但其解释却是错误的。 1905年，爱伊斯坦在普朗克能量子的启发下，提出了光量子的概念，并成功解释了光电效应。接着，密立根对光电效应进行了10年左右的研究，与1916年发表论文正是了爱因斯坦的正确性，并精确测出了普朗克常量。从而为量子物理学的诞生奠定了坚实的理论和实验基础，爱因斯坦和密立根都因为光电效应方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得了诺贝尔物理学奖。 对光电效应的研究，使人们进一步认识到光的波粒二象性本质，促进了光电 子理论的简历和近代物理学的发展。利用光电效应制成电器件如光电管、光电池、光电倍增管等，已成为生产和科研中不可或缺的传感和换能器。光电探测器和光电测量仪的应用也越来越广泛。另外，利用光电效应还可以制一些光控继电器，用于自动控制、自动设计数、自动报警、自动跟踪等。 【实验目的】 1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，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，并用以测定普朗克常数h。 【仪器用具】 普朗克常量测定仪一套，包括:工作台、磁性底座、光电管、光源、滤色片或单色仪、微电流放大器等。 【实验原理】 1、光电效应与爱因斯坦方程 用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种 现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为 的光波，每个光子的能量 为 式中，为普朗克常数，它的公认值是 =6.626 。 按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。 爱因斯坦提出了著名的光电方程: (1) 式中，?为入射光的频率，m为电子的质量，v为光电子逸出金属表面的初 12mv2为被光线照射的金属材料的逸出功，为从金属逸出的光电子的最速度， 大初动能。 由(1)式可见，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位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位U0被称为光电效应的截止电压。 显然，有 (2) 代入(1)式，即有 (3) 由上式可知，若光电子能量h??W，则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是?0?W h，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功， 因而?0也不同。由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子?的频率成正比，，将(3)式改写为 (4) 上式表明，截止电压U0是入射光频率?的线性函数，如图2，当入射光的频率???0时，截止电压U0?0，没有光电子逸出。图中的直线的斜率 个正的常数: (5) 由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的U0??曲线，并求出此曲线的斜率，就可以通过式(5)求出普朗克常数h。其中 量。 是电子的电k?he是一 U0-v 直线 2、光电效应的伏安特性曲线 下图是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为 、强度为 的光线照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出。如在阴极K和阳极A之间加正向电压UAK，它使K、A之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，随着电压UAK的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压 增加 到Um时，光电流达到最大，不再增加，此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流。 光电效应原理图 由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少;当反向电压达到截止电压时，光电流为零。 爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，所以实验中存在着如下问题: (1)暗电流和本底电流存在，可利用此，测出截止电压(补偿法)。 (2)阳极电流。制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。由于它们的存在，使得I,U曲线较理论曲线下移，如下图所示。 伏安特性曲线 【实验步骤】 1、调整仪器 (1)连接仪器;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”旋钮调零。每换一次量程，必须重新调零。 (3)取下暗盒光窗口遮光罩，换上365.0nm滤光片，取下汞灯出光窗口的遮光罩，装好遮光筒，调节好暗盒与汞灯距离。 2、测定光电管的暗电流 适当选取电压和电流的的量程，在无光照的条件下，测出不同电压下的相应暗电流值。 3、测量光电管的伏安特性曲线 (1)取下暗盒盖，让光电管对准单色仪出射狭缝，按螺旋测微头显示的波长(?102nm)在可见光范围内选择一种波长输出，根据微安表指示，找到峰值，并设置适当的倍率按键。 (2) 选取适当的电压和电流的的量程，从-1.50V起测出不同电压下的光电流，相继选择波长为365nm，385nm，400，500nm，600nm，650nm的单色光重复测量。 (3)选择合适的坐标，分别作出两种光阑下的光电管伏安特性曲线U,I 。 【实验记录与处理】 365nm