光电效应测普朗克常量实验报告

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篇一：光电效应测普朗克常量实验报告

光电效应测普朗克常量实验报告

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

速度，

1mv2

为被光线照射的金属材料的逸出功，2为从金属逸出的光电子的

最大初动能。

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

k?

h

e是一

U0??

曲线，并求出此曲线的

是电子的电

斜率，就可以通过式（5）求出普朗克常数h。其中

量。

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。 （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 。

六、 实验记录与处理

1、 零电流法测普朗克常量h(光阑Ф=2mm)

第一次测量结果及处理：

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

综合、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。 （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


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