光电效应和普朗克常数的测量

1. 物理实验中心 光电效应和普朗克常数的测量

2. 一.实验原理 二.爱因斯坦的解释 三.实验仪器 四.实验思考题 五.实验内容 六.注意事项 七.数据处理

3. K A G － + V R E － + 某一频率下,某一光强时 光电管的伏安特性曲线 光电效应实验原理图 一.实验原理 在光的照射下，电子从金属表面逸出的现象，叫光电效应。

4. 1. 实验规律 （1）仅当n>n0（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。 （2）截止电压U0 与入射光频率具有线性关系。 U0 ～n 曲线

5. 同一频率,不同入射光强时I～UAK曲线 (3)在同一频率下，饱和光电流强度Im 正比于入射光强P。 (4)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。

6. 金属的逸出功 二. 爱因斯坦对光电效应的解释(1905年）： 光束由光子构成，频率为n的光束，光子能量为e = hn. 当光子照到金属表面时，其能量一次为金属中的电子全 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，余下的就成为电子离开金属表面后的动能。 爱因斯坦的光电效应方程：

7. （1）当hn0< W 时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。即当n>n0 = W/h（截止频率）时才发生光电效应。 (2) (由实验得) 即截止电压U0 与入射光频率n 成线性关系。 由实验可确定该直线的斜率，从而算出普朗克常数h。

8. （3）当频率一定时，入射光强 P 越大，光子数目越多，则单位时间内产生光电子数目越多，饱和光电流强度就越大。即在同一频率下，饱和光电流强度Im 正比于入射光强P。 （4）当光子入射金属表面时，一个光子携带的能量 hn 一次为一个电子全部吸收，若 n>n0，电子立即逸出而不需时间积累。即光电效应具有瞬时性。

9. 三.实验仪器 高压汞灯 汞灯电源 测试仪 光电管和暗箱 光阑 滤光片

10. “电压”选择按键 “电流量程”选择旋钮 “电压调节”旋钮 “电流调零”旋钮

11. 光阑 汞灯遮光盖 光电管暗箱遮光盖 滤光片

12. 四. 思考题 • 当加在光电管两端的电压为零时，光电流不为零， • 这是为什么？ • 2. 光电管一般都用逸出功小的金属做阴极，用逸出功大的金属做阳极，为什么？ • 3.实验时能否将滤光片放在光源的出光孔上？为什么？

13. 五.实验内容 • 1. 测试前准备: • 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15min。 • （注意：汞灯一旦开启，不要随意关闭） • 测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，“电压”选 • 择 在－2V ~ +2V档，“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)

14. (3) 调整光路：先取下光电管暗箱遮光盖，将直径为2mm的光 阑及波长为365.0nm的滤光片插在光电管入射窗孔前，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）

15. 2. 用零电流法测定h 将“电压”选择按键置于－2V ~ +2V档，“电流量程”选择在10－13A档并重新调零。将直径为2mm的光阑及波长为365.0nm 的滤光片插在光电管入射窗孔前，调节电压UAK，使得光电流I 为零，此时测试仪中显示的电压值即可认为是该入射光频率 对应的截止电压。重复测量四次，填入表1中。 依次更换其余四个滤光片（注意：一定要先盖上汞灯的遮光盖再更换滤光片），测出各自对应的截止电压。

16. 表1 光阑孔f =2mm

17. 3. 测光电管的伏安特性曲线(I～UAK曲线) 将“电压”选择按键置于－2V ~ +30V档，将“电流量程”选择开关置于10－13A并重新调零，将直径为2mm的光阑及波长435.8nm的滤光片插在光电管入射窗孔前。 (1) 从截止电压开始由低到高调节电压，直至30V（不高于30V）。 从截止电压到0V 区间，电压取值间隔为0.25V; 从0V到8V 区间，电压取值间隔为1.5V; 从8V到30V 区间，电压取值间隔为3V; 每取一电压值，记录一电流值到表2中。

18. 为了使每个电流值都有三位有效数字，测量过程中须变换“电流量程” 。 （注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零) (2) 换上直径为4mm的光阑，重复步骤(1)。

19. 4. 验证光电管的饱和光电流Im与入射光强P 成正比关系 在UAK为30V时，选择 “电流量程”使得电流值有三位有效数字，并重新调零。在同一入射频率，同一入射距离下，记录光阑直径分别为2mm、4mm、8mm时对应的电流值于表3中。

20. 六.注意事项 • 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盖！

21. 七. 数据处理 • 用线性回归法求U0～n直线的斜率k: 再由h= ek求出普朗克常数h，并与公认值h0比较， 求出百分误差: • 根据表31－2的数据，在坐标纸上作出对应两种通光 • 量的I-UAK关系曲线。