光电效应和普朗克常数的测定

光电效应和普朗克常数的测定 填空题 1.光电效应的实验事实表明，对应于一定的辐射频率，有一电压U0，当UAK≦U0时，电流为零，U0被称为  截止电压  。 2.光电效应的定律指出，照射光的频率与极间端电压UAK一定时，  饱和光电流  的大小与入射光的强度成正比。 3.对于不同频率的光，其截止电压的值不同，截止电压与  入射光频率  成正比关系。当入射光频率低于某极限值0（0  随不同阴极金属材料而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。0称为  截止频率 。 4.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  截止频率 ，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为10－9秒的数量级。 5.爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应的实验规律。写出爱因斯坦提出的光电效应方程： 问答题 1.如何通过光电效应测量普朗克常数？ 光电效应实验表明，截止电压U0是频率的线性函数， 即        eU0 =h－A 直线斜率k = h/e。e为电子电荷常数，对于给定的光电管，只要用实验方法得出不同的辐射频率对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数h。 2.零电流法和补偿法测量截止电压有何区别？ 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UAK的绝对值作为截止电压U0。此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，用零电流法测得的截止电压与真实值相差较小。 补偿法调节电压UAK使电流为零后，保持UAK不变，遮挡汞灯光源，此时测得的电流I为电压接近截止电压时的暗电流和本底电流。重新让汞灯照射光电管，调节电压UAK使电流值显示为I，将此时对应的电压UAK的绝对值作为截至电压U0。此法可补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响。 3.根据你的测量数据，确定光电管阴极材料的电子逸出功A？ 根据      eU0 =h－A  A1=h-eU0=6.626×10-34×8.214×1014-1.602×10-19×1.750 =2.640×10-19J A2=6.626×10-34×7.408×1014-1.602×10-19×1.436 =2.579×10-19J A3=6.626×10-34×6.879×1014-1.602×10-19×1.206 =2.626×10-19J A4=6.626×10-34×5.490×1014-1.602×10-19×0.616 =2.651×10-19J A5=6.626×10-34×5.196×1014-1.602×10-19×0.496 =2.648×10-19J =2.629×10-19J 数据处理 实验数据1： U0—V关系 波长λi (nm) 365.0 404.7 435.8 546.1 577.0 频率υi (×1014HZ) 8.214 7.408 6.879 5.490 5.196 截正电压U0i(V) 1.750 1.436 1.206 0.616 0.496             1. 作出不同频率下截止电压Ua和频率ν的关系曲线，求出普朗克常数h、截止频率ν0、电子逸出功A，并算出所测量值h与公认值之间的相对误差E。 1） 取U0-ν直线上两点A(8.0×1014,1.65)  B(6.0×1014,0.80) K= 则  h=ek=1.602×10-19×0.425×10-14=0.6808×10-33J.S 相对误差  E= 2）最小二乘法求h： =7.3.6×     2 =4.406× =7.854×   = 4.536× 所以　ｋ＝ ｈ＝ｅｋ=1.602×10-19×0.413× J.S 相对误差  3）由U0-ν直线得截止频率 4）由U0-ν直线求电子逸出功A 直线截距为：-1.63v 根据  eU0 =h－A    A/e=-1.63v A=1.602×10-19×1.63 =2.611×10-19J 实验数据2： I—UAK关系    Φ=4mm λ/nm UAK（V） -1 2 5 15 20 22 24 26 30 32 35 40 50 365 I（×10-10A） 0.9 8.1 20.6 55.8 66.0 66.2 68.3 71.0 73.6 74.7 75.2 77.0 80.8 404 I（×10-10A） 0.1 3.2 6.9 12.8 14.3 15.1 15.2 15.6 16.6 16.5 16.9 17.4 18.1 436 I（×10-10A） 0.1 7.6 17.0 31.0 34.6 35.7 36.6 38.2 39.0 39.5 40.4 41.3 43.1 546 I（×10-10A） 0 2.5 4.9 8.0 8.7 8.9 9.2 9.3 9.6 9.7 9.9 10.2 10.8 577 I（×10-10A） 0 2.1 3.7 6.0 7.2 8.0 8.8 9.0 9.3 9.5 9.8 10.0 10.0                               2．绘制相同光强，不同频率入射光照射下，光电管的伏安特性曲线。 实验数据3：IM—P关系    UAK=50V    λ =546nm      L=400nm  光阑孔经Φ/mm 2 4 8 I（×10-10A） 8.0 16.5 68.7         3、作出同一频率光照，不同光阑孔径下的I—P特性曲线，验证饱和光电流与入射光强成正比。 1）入射光强与光阑孔面积成正比，因此光电流与光阑孔径的关系为二次曲线。 2）入射光强与光阑孔面积成正比，因此光电流与光阑孔面积成正比。 光阑孔面积S/mm2 л 4л 16л I（×10-10A） 8.0 16.5 68.7         实验数据4：IM—P关系    UAK=50V        Φ=2mm    λ=365nm 入射距离L/mm 400 380 360 340 320 300 I（×10-10A） 34.0 39.6 44.1 53.2 59.8 71.7               实验数据5：IM—P关系    UAK=50V        Φ=4mm    λ=436nm 入射距离L/mm 400 380 360 340 320 300 I（×10-10A） 48.7 55.3 65.0 71.6 81.3 97.0               4、作出同一频率光照，不同光程距离下的I—P特性曲线，验证饱和光电流与入射光强成正比。 入射光强与光程距离近似成正比，因此光电流与光程距离的关系为近似直线关系。 I/（×10-10A） R/ 光电管的I-P曲线 i-P-t曲线 80.0 436nm Φ=4mm 60.0 365nm Φ=2mm 40.0 20.0 L/mm 400 380 360 340 320 300 实验数据6：I—UAK关系    λ=436nm      L=400mm Φ/mm UAK（V） 0 2 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 50 2 I（×10-10A） 0.4 2.4 4.1 5.9 7.4 8.4 9.1 9.8 10.4 10.8 11.5 11.8 12.6 4 I（×10-10A） 1.6 7.8 11.4 21.4 27.5 31.5 33.6 35.6 37.5 39.1 41.5 42.6 45.6 8 I（×10-10A） 8.1 31.1 51.6 75.3 95.8 107.6 119.4 130.4 137.4 143.8 148.5 152.4 159.2                               5、绘制不同光强，同一频率入射光照射下，光电管的伏安特性曲线。 160.0 120.0 80.0 40.0 U/v℃ 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0