用光电效应测量普朗克常量

【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。 【实验仪器】

光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪 【实验原理】

1、存在截止频率v0 ：每一种金属都有一极限频率,当入射光的频率低于截止频率时，无论光的强度如何都没有光电子产生；（v0 红限频率）

2、光电效应中产生光电子速度（初动能）与光强无关，而与入射光的频率成正比；

3、瞬时效应：只要v>v0，无论光强如何，都会 立即引起光电子发射(时间间隔小的可以忽略不计) I4）当 UAK 大于或等于U0 后，

I迅速增加然后趋于饱和。 饱和光电流强度Im 与入射 光强P成正比。

光强1 然而对于这些实验事实，经典的波动理论无法 IS1给出圆满的解释

光强2 >光强

UAK Ua

爱因斯坦受普朗克量子假设的启发，提出了光量子假设，当光子照射金属时，金属中的电子全部吸收光子的能量hv，电子把光子能量的一部分变成它逸出金属表面所需的功W，另一部分转化为光电子的动能，即

IS2光强1

爱因斯坦光量子理论圆满地解释了光电效应的各条实验规律

光子能量:光强： 当

eU v：光子频率 h：普朗克常数 N:单位时间通过单位面积的光子个数

12mvm2时，光电子动能将变为零，eU代表光电子的最大初动能

存在截止电压U0

光电子的最大初动能等于它

反抗电场力所做的功普朗克常数的测量：

得

截止电压U0与入射光频率v成直线关系：

实验中可用不同频率的入射光照射，分别找到相应的遏止电压U0 ，就可作出U0～ v的实验直线，此直线的斜率就是k=h/e 则普朗克常数：

五、实验内容与步骤

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405nm、436nm、546nm、577nm的滤色片，重复步骤（1）、（2）、（3）。

(5) 测量三组数据,然后对h求平均值。 3、测量光电管的伏案特性曲线：

(1)暗盒光窗口装365nm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577nm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 。 4、探究饱和电流与光通量、光强的关系

⑴控制电压U=30.0V,波长为405nm,L=400nm时，记录光阑孔分别为2、4、8时的电流。

⑵控制电压U=30.0V,波长为405nm,光阑孔为4nm时，记录距离L分别为300nm、350nm、400mm时的电流 六、数据处理 波长λ(nm) 365 频率V(1014HZ) 8.214 截止电压U(V) -1.923 405 7.408 -1.526 436 6.879 -1.285 546 5.490 -0.770 577 5.196 -0.649 截止电压U(V)00-0.5123456789-1-1.5y = -0.4132x + 1.5122-2-2.5 h＝e·k＝6.619×10

UAK/V I/（×10-11A） UAK/V I/（×10-11A） -34

E(hh0)/h03 161 6 192 9 231

代入数据得E＝﹣0.001056 577nm 0 36 12 256 15 275 18 293 21 311 24 327 27 340 365nm 0 17 2 47 4 79 6 92 8 114 10 134 12 159 14 161 16 172 18 186 UAK=30.0V 波长λ：405nm L=400nm 光阑孔Ф（nm） I(10-10A) 表四 IM—L 关系 UAK=30.0V 波长λ：405nm 光阑孔Ф：4nm 距离L(mm) 300 350 400 I(10-10A) 41 58 86 七、实验分析 误差：一.暗电流或本底电流： 暗电流：当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流，它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。

本底电流：室内各种漫反射光射入光电管造成的光电流称为。 暗电流和本底电流随着K、A之间电压大小变化而变化。 二 .反向电流：

阳极材料在光照下发射的光电子，对这些光电子而言，外加反向电场是加速电场，因此它们很容易到达阴极，形成反向电流（阳极电流） 注意事项：

汞灯一旦开启，切勿关闭！切勿触摸！

在进行每一组实验前，必须对测试仪进行调零，否则会影响实验精度。 电压旋钮调节一定要缓慢，以免损坏仪器。

更换滤光片和光阑时一定要先将汞灯遮光盖盖上。 实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让汞灯不经过滤光片直接入射光电管窗口。

实验结束时应盖上光电管暗合遮光盖和汞灯遮光盖！

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