实验光电效应

本学期综合成绩=平时成绩50%+考试成绩50%物理实验课程最终成绩=上学期综合成绩50%+本学期综合成绩50%光电效应主讲教师：王雷妮引言光电效应——一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。爱因斯坦由光子假设得出了著名的光电效应方程，解释了光电效应的实验结果。实验目的1、了解光电效应的规律，理解爱因斯坦光电方程的物理意义；2、测量普朗克常数h，测定光电管的光电特性曲线。光电效应原理（一）——爱因斯坦的光电效应方程：当光子照到金属表面时，一个光子的能量一次为金属中的一个电子全部吸收，而不需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力而作功WS，余下的就成为电子离开金属表面后的动能。PSEhW0SWh临界频率：hv:光子能量Ws:克服金属表面吸引做功EP=mv2:电子溢出所具有的动能12光电效应原理（二）——实验规律1、光电效应是瞬时效应，当光照射到金属表面时，几乎立即就有光电子逸出。2、仅当0（截止频率）时才发生光电效应，截止频率与材料有关，但与入射光强无关。实验仪器及原理（一）光电效应实验原理图0UmIIAKU某一频率下,某一光强时光电管的伏安特性曲线实验中将光电管电极A和阴极K间加上反向电压UAK=US（A接负极），它对光电子运动起着减速的作用，随着反向电压的增加，到达阳极的光电子的数目相应减少，光电流减小。当UAK=-U0时，光电流降为零。此时光电子的初动能全部用于克服反向电场的作用，即eUS=Ep=hv-WS实验仪器及原理（二）——实验规律1、这是一个线性方程，可以用最小二乘法处理数据。2、截止电压US与入射光频率具有线性关系。3、在同一频率下，饱和光电流强度Im正比于入射光强P。1P2PIm1Im2ISUAKU12PP同一频率,不同入射光强时I～UAK曲线SSUUS～曲线暗电流，它是由阴极在常温下的热电子发射形成的热电流和封闭在暗盒里的光电管在外加电压下因管子阴极和阳极间绝缘电阻漏电而产生的漏电流两部分组成。阳极反向电流，由于制作光电管时阳极上往往濉有阴极材料，所以当光照射到阳极上和杂散光漫射到阳极上时，阳极上往往有光电子发射。实验仪器1—电流量程调节旋钮及其量程指示；2—光电管输出微电流指示表；3—光电管工作电压指示表；4—微电流指示表调零旋钮；5—光电管工作电压调节（粗调）；6—光电管工作电压调节（细调）；7—光电管工作电压转换按钮：按钮释放测量截止电位，按钮按下测量伏安特性；8—光电管暗箱；9—滤色片，光阑（可调节）总成；10—档光罩；11—汞灯电源箱；12—汞灯灯箱。汞灯谱线（单色光）颜色波长/nm紫外365.0紫404.7/407.8蓝435.8绿546.1黄577.0/579.0测量前的准备1、盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光电管与汞灯距离调整并保持在400mm，接通测试仪及汞灯电源，预热约20min。（注意：汞灯一旦开启，不要随意关闭）2、测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，“电压”选择“截止频率测试”，“电流量程”选择在10-13A档，旋转“电流调零”旋钮使“电流表”指示为零。（注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零)3、调整光路：先取下光电管暗箱遮光盖，将光阑直径调节为4mm，波长为365nm的滤光片旋转到光电管入射窗孔前，再取下汞灯的遮光盖，使汞灯的出射光对准光电管入射窗孔。（注意：严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管）测量（一）——普朗克常数的测量1、将“电压”选择按键置于“截止频率测试”档，“电流量程”选择在10-13A档并重新调零。将直径为4mm的光阑及波长为365.0nm的滤光片旋转到光电管入射窗孔前。2、测量该波长对应的截止电压值，记录于表1中。3、换上405nm、436nm、546nm、577nm滤光片，重复上述步骤。4、使用最小二乘法对以上数据进行直线拟合，计算普朗克常数h，并得到h的误差Ur(h)。相对误差：22SSUUhe0SUeh00100%rhhEhh最小二乘法处理数据：4测量（二）——光电管伏安特性曲线的测量1、将“电压”选择按键置于“伏安特性测试”档，将“电流量程”选择开关置于10-10A并重新调零，将直径为4mm的光阑及波长436nm的滤光片插在光电管入射窗孔前。2、手动调节从－2V开始由低到高调节电压，直至30V（不高于30V）,电压取值间隔为1V。3、换上直径为4mm的光阑以及546nm的滤光片，重复上述步骤。作伏安特性曲线图I-UAK4436测量（三）——光电管光强与饱和电流关系曲线的测量在UAK为30V时，将“电流量程”选择开关置于10-10A。在同一入射频率，同一光阑下下，记录入射距离可以分别为300mm、320mm、340mm、360mm、380mm和400mm时对应的电流值。数据处理1、用最小二乘法处理数据，获得普朗克常数h及其相对误差。2、进行误差分析。3、绘制表2中的伏安特性曲线。（注意需要将两种不同波长的光的伏安曲线画在同一坐标下）实验分析1、实验中光电管的饱和电流与入射发光光强之间的关系.2、测量截止电压时，会发现有反向电流存在，是如何引起的？注意事项1、本实验不必要求暗室环境，但应避免背景光强的剧烈变化。2、实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管窗口。3、实验结束时应盖上光电管暗箱和汞灯的遮光。