光电效应测定普朗克常数

1887年德国物理学家赫兹发现,电火花间隙受到紫外线照射时会产生更强的电火花，此即光电效应。1902年勒纳德等人对光电效应做了深入研究并总结出了光电效应的基本实验规律，但是这些规律无法用光的波动理论解释。

1900年普朗克在研究黑体辐射时，首次提出了能量子假说，即辐射只能是hn的整数倍。1905年爱因斯坦把普朗克能量子假设启，提出了光量子假说，即一束光是一粒一粒以光速c运动的粒子流，这些粒子称为光子，光子的能量为E＝hn。根据光量子假说，爱因斯坦导出了光电效应方程，并成功地解释了光电效应的实验规律。1916年密立根以精湛的实验技术检验了爱因斯坦的光电效应方程，并对普朗克常数h作了首次精确测定。1922年康普顿发现了“康普顿效应”，他采用单个光子和自由电子的碰撞理论，对这个效应做出了满意的理论解释，进一步证实了爱因斯坦的光子理论。光电效应实验在证实光的量子性方面起着决定性的作用，与此密切相关的研究5次获得诺贝尔奖。

光电效应分为外光电效应和内光电效应。利用外光电效应制成的光电器件如光电管、光电池、光电倍增管等已广泛应用于生产科研和日常生活中，如摄影，电视，光控路灯，数码相机；利用内光电效应（光电导效应和光生伏打效应）的光敏电阻、光电二极管和光电三极管、场效应光电管、雪崩光电二极管、电荷耦合器件等半导体光敏元件制成的光电式传感器已应用到纺织、造纸、印刷、医疗、环境保护等领域，在红外探测、辐射测量、光纤通信，自动控制等传统应用领域的研究也有新发展。

【实验目的】

1. 测定光电效应的伏安特性曲线，加深对光的量子性的认识和理解；

2. 学习验证爱因斯坦光电方程的实验方法，并测定普朗克常数。

【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，其中 h=6.626为普朗克常数。

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光电效应和普朗克常数的测定

填空题

1.光电效应的实验事实表明，对应于一定的辐射频率，有一电压U₀，当U_AK≦U₀时，电流为零，U₀被称为  截止电压  。

2.光电效应的定律指出，照射光的频率与极间端电压U_AK一定时，  饱和光电流    的大小与入射光的强度成正比。

3.对于不同频率的光，其截止电压的值不同，截止电压与  入射光频率  成正比关系。当入射光频率低于某极限值n₀（n₀  随不同阴极金属材料而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。n₀称为  截止频率  。

4.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  截止频率 ，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为10^－9秒的数量级。

5.爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应的实验规律。写出爱因斯坦提出的光电效应方程：

问答题

1.如何通过光电效应测量普朗克常数？

光电效应实验表明，截止电压U₀是频率n的线性函数，

即        eU₀ =hn－A

直线斜率k = h/e。e为电子电荷常数，对于给定的光电管，只要用实验方法得出不同的辐射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。

2.零电流法和补偿法测量截止电压有何区别？

零电流法是直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压U_AK的绝对值作为截止电压U₀。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。

    补偿法调节电压U_AK使电流为零后，保持U_AK不变，遮挡汞灯光源，此时测得的电流I为电压接近截止电压时的暗电流和本底电流。重新让汞灯照射光电管，调节电压U_AK使电流值显示为I，将此时对应的电压U_AK的绝对值作为截至电压U₀。此法可补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响。

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实验题目：光电效应法测普朗克常量

实验目的：1.了解光电效应的基本规律；

          2.用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。

实验原理：当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。

光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。

1．              光电流与入射光强度的关系

光电流随加速电位差U的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值和值I_H，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= U_A-U_K变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U_a存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。

2．              光电子的初动能与入射频率之间的关系

光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由K极向A极运动。当U=U_a时，光电子不再能达到A极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用的功。即

                                                           （1）

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光电效应测普朗克常数实验报告

系     别：电气学院             实 验 日 期      20##年11月19日

专业班级：电气15班             姓 名：王菁     学号：2110401127

一.  实验简介

当光照在物体上时，光的能量仅部分的以热的形式为物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子溢出物体表面，这种效应称为光电效应，溢出的电子称为光电子。

根据爱因斯坦理论，每个光子的能量为 其中h为普朗克常数，是近代量子物理中的重要常数。而本实验就是利用光电效应法来测得普朗克常数。

二.实验内容

1．了解光电效应的基本规律。

2．熟悉普朗克常数测定仪的操作比并用光电效应方法测量普朗克常数。

三.实验原理

光电效应实验———实验原理

根据爱因斯坦理论，光能是以光电子的形式一份一份地向外传递，每个光子的能量为 ，式中 焦耳·秒，称为普朗克常数，是近代量子理论的重要常数，v是光的频率。在光电效应中，光子的能量一次全部传给金属中的电子。这电子所获得的能量一部分用来使它从金属中逸出所必须的共A，另一部分能量变转化为光电子的最大初动能。于是有

式中m是电子质量，V是电子最大初速度，这就是著名的爱因斯坦光电效应方程式。由这个方程式可知光电效应的规律为：

1. 当hv ≥ A，v ≥ A/h = v₀时，才能使光电子逸出金属表面。v₀称为截止频率，取决于金属材料。

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光电效应测普朗克常数实验报告

【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。

【仪器用具】                           

高压汞灯及电源、滤色片（五个）、光阑（两个）、光电管、微电流放大器、光电管

【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，为电子的质量，为光电子逸出金属表面的初速度，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被称为光电效应的截止电压。

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光电效应法测普朗克常数

1905年，年仅26岁的爱因斯坦提出光量子假说，发表了在物理学发展史上具有里程碑意义的光电效应理论，10年后被具有非凡才能的物理学家密立根用光辉的实验证实了。两位物理大师之间微妙的默契配合推动了物理学的发展，他们都因光电效应等方面的杰出贡献分别于1921年和1923年获诺贝尔物理学奖。

光电效应实验及其光量子理论的解释在量子理论的确立与发展上，在揭示光的波粒二象性等方面都具有划时代的深远意义。利用光电效应制成的光电器件在科学技术中得到了广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领域，具有广阔的应用前景。

本实验的目的是了解光电效应的基本规律，并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线，并且通过对光电效应的研究有助于学习和理解量子理论。

【实验目的】

1、加深对光的量子性的理解。

2、验证爱因斯坦光电效应方程，测出普朗克常量h。

【实验原理】

当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光电效应中，光显示出它的粒子性，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。

光电效应实验原理如图1所示。图中A、K组成抽成真空的光电管，A为阳极，K为阴极。当一定频率ν的光射到金属材料做志的阴极K上，就有光电子逸出金属。若在A、K两端加上电压U后，光电子将由K定向地运动到A，在回路中就形成光电流I。其规律有：

1、光电流与入射光强度的关系

光电流随着加速电位差U的增加而增加，加速电位差加到一定量值后，光电流达到饱和值I_h，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U=U_a －U_k变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U_a存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。如图2（a）所示。图中I~U曲线称为光电管伏安特性曲线。

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光电效应法测普朗克常量

WX291040416                李万鹏

实验目的：

了解光电效应的基本规律，并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。

实验原理：

1．光电效应实验原理如右图所示。其中S为          真空光电管，K为阴极，A为阳极。

2．光电流与入射光强度的关系

光电流随加速电位差U的增加而增加，加 速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值和值I_H，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= U_A-U_K变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U_a存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。

3．  光电子的初动能与入射频率之间的关系

由爱因斯坦光电效应方程 可见：光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。

4．  光电效应有光电阈存在

实验指出，当光的频率时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程可知：，ν₀称为红限。

爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：

实验仪器：

光电管、单色仪（或滤波片）、水银灯、检流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等，接线电路如右图所示。

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