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
12h,,mv，Wm2爱因斯坦方程: (1)
21mvm其中m和v是光电子的质量和最大速度，W为金属的逸出功，2是光电子逸出
表
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面后m
所具有的最大动能。
截至电压与最大动能的关系:
21eU,mvm02 (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U将随之线性增加。由(1)式和(2)式可知 0
hWU,,,0ee (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υ时，才会产生光电效应。 0
,,,0 光电效应是瞬时发生的。实验发现，只要入射光频率，无论光多么弱，从光照射
-9阴极到光电子逸出这段时间不超过10s。
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U的线性关系0h/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。
-13(4)将“电流量程”选择开关置于所选档位(截止电压测试为10，伏安特性测试为-1010)。
(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。
2(测量截至电压
(1) 撤去光电管入口遮光罩，将2mm的光阑放入光电管入口处;
(2) 撤去汞灯灯罩;
(3) 将波长为365nm的滤波片套在光电管入口处，此时仪表所显示的就是对应波
长的光电管电压与电流值;
(4) 轻点“电压调整”周围的“<”和“>”以及“ ”和“ ”来改变电压，观察电
流的变化，当电流指示约为“000.0”，此时的电压表指示就是该波长光所对应的截止电
压。
(5) 将365nm滤光片依次换成405nm、436nm、546nm、577nm的滤光片，重复3~4
步骤。分别记录各自的截止电压。
3(光电管伏安特性测试
(1) 按“系统清零/调零确认”按钮，重复1中步骤(4)~(6);
(2) 选取“伏安特性”测量，“手动”模式(或“自动”模式)。
(3) 将某一波长的滤光片套在光电管入口处，改变电压，从-1v开始增加，最高电
压为50v，分别记录各电压下所对应的光电流。
(4) 将电压为横坐标，光电流为纵坐标，在图中描绘出曲线，即为该波长伏安特性
曲线。
注意:在“自动”模式下，系统默认电压范围为“-1.0V~35V”。
五、数据记录和数据处理:
1. 测量截至电压记录表格:
365 405 436 546 577 波长(nm)
148.214 7.408 6.879 5.490 5.196 频率(×10hz)
截止电压手动
(v) 自动
2. 光电管伏安特性测试记录表格:选择 ,,365nm
电压(V) -1.0 -0.5 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 电流(× -1010A)
U数据处理要求:1)根据表1的数据在坐标纸上作~,直线，得出直线的斜率后求普朗0
克常数h，与公认值h比较求相对误差。同时求红限频率。 0
2)根据表2的数据在坐标纸上作~关系曲线。 UIAK
六、注意事项:
1.在“自动”模式下，其自动电压扫描范围分别为
365 405 436 546 577 波长(nm)
8.214 7.408 6.879 5.490 5.196 频率(×
1410hz)
-1.90~-1.50 -1.60~-1.20 -1.35~-0.95 -0.80~-0.40 -0.65~0.25 电压范围(v)
2.滤光片切勿用手去摸。
七、思考题:
1)何谓光电效应,如果一种物质逸出功为2.0ev，那么它做成光电管阴极时能探测的波长红限是多少,
hchν,,W提示:当一定频率的光照射金属表面时有电子可以从金属中逸出的现象。 λ2)金属的截止频率(红限)是什么,
提示:产生光电效应的光子最低频率称为截止频率。当光的频率小于截止频率时，不管光强如何，都
没有光电子产生。
3)光电子的能量随光强变化吗,
提示:光电子的能量与光强无关，只与光频率有关，由爱因斯坦光电方程决定。当光的频率小于截止
频率时，不管光强如何，都没有光电子产生。
4)光电流的大小随光强变化吗,
提示:光电流与光强有关，光强越大，产生的光电子越多，光电流越大。 6)何谓截止电压,
提示:当光电流等于零时光电管所加的反向电压。
7)光电管的反向电流是如何产生的,
提示:光电管阳极被污染，沾上了少许阴极材料，人射光照射阳极或者人射光从阴极反射到阳极之后都会造成阳极光电子发射，形成反向电流。
8)光电管的暗电流是如何产生的,
提示:热激发射的电子形成的电流。
9)光电管的本底电流是如何产生的, 提示:杂散光照射光电管产生的光电流。
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