智能型光电效应实验仪测普朗克常数.doc

PAGE PAGE 5 大学物理实验报告 实验项目名称＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿ 姓名 学号＿ ＿＿＿ ＿ 专业＿＿＿＿ 班级＿ ＿＿ ＿ 指导教师 ＿＿＿ ＿＿＿ ＿ ＿ 上课时间 年 月 日 实验名称： 智能型光电效应实验仪测普朗克常数 实验时间： 小组成员： 实验地点： 实验目的： 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。 测量普朗克常数。 描绘光电管的伏安特性曲线。 仪器、设备和材料： ZKY-GD-4型智能光电效应实验仪，计算机 实验原理： 图5-5-1 光电效应实验原理及实验曲线光电效应的实验原理如图 图5-5-1 光电效应实验原理及实验曲线 的作用下向阳极A迁移形成光电流，改变外加电压，测量出光电流的大小，便可以得出光电管的伏 安特性曲线。 光电效应的基本实验如下： = 1 \* GB2 ⑴、对应于某一频率，光电效应的关系如图5-5-1中的图2所示。从图中可见，对一定的频率，有一电压与其对应，当时，电流为零，这个相对于阴极的负值电压，被称为截止电压。 = 2 \* GB2 ⑵、当后，电流迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。 = 3 \* GB2 ⑶、对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图5-5-1中的图3所示。 = 4 \* GB2 ⑷、作截止电压与频率的关系曲线如图5-5-1中的图4所示。与成正比关系。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 \* GB2 ⑸、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，为普朗克常数。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 把这些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： (5-5-1) 式中，A为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。 由式5-5-1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： (5-5-2) 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。 光子的能量时，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。 将上述两式整理可得： (5-5-3) 式5-5-3表明截止电压是频率的线性函数，直线斜率，只要用实验方法得出不同的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。 实验内容 1、测试前准备： = 1 \* GB2 ⑴、将实验仪及汞灯电源接通(汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上)，预热20分钟。 = 2 \* GB2 ⑵、调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变。 = 3 \* GB2 ⑶、用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与实验仪电压输出端(后面板上)连接起来(红一红，兰一兰)。 = 4 \* GB2 ⑷、将“电流量程”选择开关置于所选档位，进行测试前调零。 = 5 \* GB2 ⑸、若要动态显示采集曲线，需将实验仪的“信号输出”端口接至示波器的“Y”输入端，“同步输出”端口接至示波器的“外触发”输入端。 2、测定普朗克常数h = 1 \* GB2 ⑴问题讨论及测量方法： 由于本实验仪器的电流放大器灵敏度高，稳定性好；光电管阳极反向电流，暗电流水平也较低。在测量各谱线的截止电压时，可采用零电流法，即直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压的绝对值作为截止电压。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，且各谱线的截止电压都相差，对曲线的斜率无大的影响，因此对h的测量结果影响不大。 =