物理实验报告-普朗克常数测定

[键入公司名称]物理实验报告光电效应及普朗克常数的测定*********2012/3/29[在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。]【实验目的】1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。2．测量普朗克常数h。【实验原理】光电效应的实验原理如图1所示。当入射光照射到光电管阴极K上时，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移构成光电流，改变外加电压UAK，测量光电流I的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。1．光电效应的基本特点：（1）对应于某一频率光的光电效应，I—UAK关系如图2所图l实验原理图示。可见，对一定的频率，存在一电压U0，当UAK≤U0时，电流为零，U0被称为截止电压，它与阴极材料的构成有关。（2）当UAK≥U0后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成正比。（3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。（4）作截止电压U0与频率ν的关系图如图4所示。0与ν成正比关系。U但当入射光频率低于某极限值ν0(ν0不同金属有不同的值)时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。（5）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ν0，一旦光照射靶上立即就有光电子产生。从光照射到光电子产生的间隔至多为10-9秒的数量级。2．光电效应的基本解释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ν的光子具有能量E=hν，h为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的某个电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把吸收光子的能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为该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：式中，A为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。由该式可见，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，也会有电子穿过两极间的势垒到达阳极形成光电流，直至阳极电位等于截止电压，这时光电流才为零，此时有关系：当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UAK时I不再变化，这时光电流出现饱和。饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成正比。光子的能量hν0A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ν0=A/h。将两式相代可得：此式表明截止电压Uo是频率ν的线性函数，直线斜率k=h／e，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。爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。【实验仪器】ZKY-GD-4智能光电效应实验仪【实验内容和步骤】测试前准备：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。调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变。按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态。1．测普朗克常数h（手动测量）a)测量截止电压时，“伏安特性测试／截止电压测试”状态键应为截止电压测试状态，“电流量程”开关应处于10-14A。b)使“手动／自动”模式键处于手动模式。c)将直径4mm的光阑及365.0nm的滤色片装在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。d)此时电压表显示UAx的值，单位为伏；电流表显示与UAx对应的电流值I，从低到高调节电压(绝对值减小)，观察电流值的变化，寻找电流刚好为零时对应的UAK，以其绝对值作为该波长对应的U0的值。2．测光电管的伏安特性曲线a)测量时，“伏安特性测试／截止电压测试”状态键应为伏安特性测试状态。“电流量程”开关应拨至10-11A档，并重新调零。b)将直径4mm的光阑及所选谱线的滤色片装在光电管暗箱光输入口上。c)分别测量五种滤光片从0-50V，每间隔2V，所得到的电流值。3．测电流与光阑的关系a)选定一个波长的滤光片，装好。b)在L=400mm,的条件下c)测出不同光阑直径()的电流并作图4．测电流与距离L的关系选择一个波长的滤光片装好；在=4mm，U=20V的条件下测量不同距离（L=300mm,L=350mm,L=400mm）的电流并作图【实验数据】1、测普朗克常数h（手动测量）波长（nm）365.0405436546577频率（*10-14Hz）8.2147.4086.8795.4905.196U0-1.569-1.199-1.018-0.610-0.499(*10-14)35.420(*10-14)33.187(V)-4.905(*10-28)226.807由最小二乘法求最佳线性公式有公式：y=A+BxB=A=2、测光电管的伏安特性曲线啊U(V)0246810121416I(*10-11)λ=365nm08.716.721.926.531.035.739.642.6I(*10-11)00.92.94.85.76.57.28.08.7λ=405nmI(*10-11)λ=436nm01.24.87.48.59.610.912.013.0I(*10-11)λ=546nm00.31.43.64.85.66.26.77.0I(*10-11)λ=577nm00.10.82.13.03.63.94.24.5U(V)182022242628303234I(*10-11)λ=365nm45.047.750.653.055.458.461.063.064.0I(*10-11)λ=405nm9.39.910.511.211.712.112.512.913.3I(*10-11)λ=436nm13.814.815.716.417.217.918.418.919.4I(*10-11)λ=546nm7.27.47.67.88.28.69.09.39.6I(*10-11)λ=577nm4.64.75.85.05.15.25.45.65.8U(V)3638404244464850-I(*10-11)λ=365nm67.168.570.071.474.475.476.677.8-I(*10-11)λ=405nm13.714.014.214.514.614.815.015.1-I(*10-11)λ=436nm20.020.420.820.921.121.421.722.2-I(*10-11)λ=546nm9.69.910.310.510.710.810.911.0-I(*10-11)λ=577nm5.86.06.16.46.56.66.66.7-3、测电流与光阑的关系λ=436nmL=400mmU=20VΦ(mm)248I(*10-10A)3.914.655.54、测电流与距离L的关系λ=436nmΦ=4mmU=20VL(mm)400350300I(*10-10A)13.919.528.2【思考题】1、光电流是如何产生的？测量它有何意义？电子吸收光子的能量，使自身的动能增加飞出去。当能够能够到达对面极板时，便产生了电子的定向移动，即有电流。测量它是证明了爱因斯坦的量子理论，光子的能量是“一份一份”的被电子吸收。2、反向电流如何形成？它对截止电压的测量有何影响？如何判断它的大小？由于阴极受热发射电子，电子具有初动能。当加上正向电压时，电子加速飞向正极（屏极）；当正向电压为0时，由于电子有初动能，部分继续飞向屏极；反向电压达一定值（截止电压）时，向屏极运动的，初动能最大的电子“刚好”不能达屏极，电流为0若反向电压略高，上述电子反回发射处，由于上述原因，就出现了反向电流。3、如何减少漏电流的影响？如何判断他的大小？漏电流应该是由于电子吸收光子超各个方向飞去产生的