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）

…… …… 余下全文

 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。

…… …… 余下全文

大学物理实验研究性报告

专题：光电效应法测定普朗克常数

20##年5月14日

摘要

光电效应是指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。这一现象无法用传统的电磁波理论解释。1905年爱因斯坦提出“光量子”概念，成功地解释了光电效应。1916年密立根通过光电效应对普朗克常数的精确测量，证实了爱因斯坦方程的正确性，并精确地测出了普朗克常数。

本实验将利用光电效应原理，测定普朗克常数h和光电管的伏安特性曲线。

实验目的

1、定性分析光电效应规律，通过光电效应实验进一步理解光的量子性。

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h。

3、利用线性回归和作图法处理实验数据。

实验原理

光电效应的实验原理如图1所示，入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电厂的作用下向阳极A迁移构成光电流；改变外加电压UAK，测量出光电流I的大小，即可得到光电管的伏安特性曲线。

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，而是集中在被称为光子的微粒上，但这种微粒仍保持着频率的概念，频率为ν的光子具有的能量E=hν,h为普朗克常数。当光子照射到金属表面时，一次被金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，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

式中，A为金属的逸出功，½mv02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，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：

阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加UAK时，I不再变化，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。

…… …… 余下全文

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。

…… …… 余下全文

实验十二   用光电效应测定普朗克常量

当一定频率的光照射到某些金属材料表面时，可使金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫光电效应．光电效应是经典电磁理论所不能解释的．光电效应实验及其光量子理论的解释是量子理论的生长点，在揭示光的波粒二象性方面具有划时代的深远意义，而普朗克常量正是量子理论与经典理论的联系常数．

·实验目的

1．通过实验加深对光的量子性的认识；

2．用最高频滤波片，测量光电管的伏安特性曲线；

3．通过光电管的弱电流特性，测出不同频率下的遏止电压（三种方法任选其一），求出普朗克常量；

4．探究光电管的饱和光电流与入射光强的关系；探讨比较确定遏止电压的三种方法（自主设计实验方案）．

·实验仪器

高压汞灯，干涉滤光片，光阑，光电效应实验仪．

ZKY-GD-3光电效应实验仪，如图12-1（a）所示．仪器由汞灯及电源，滤色片，光阑，光电管、测试仪（含光电管电源和微电流放大器）构成，仪器结构如图12-1（b）所示，测试仪的调节面板如图12-2所示．

图12-1（a） 光电效应实验仪实物图

 

             

               1       2                    3     4     5       6   7

…… …… 余下全文

数据记录：

…… …… 余下全文

实验报告：光电效应法测普朗克常量

张贺 PB07210001

一、实验题目：

光电效应法测普朗克常量

二、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。

三、实验仪器:

       光电管、滤波片、水银灯、检流计、直流电源、直流电压表

四、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。其中S为真空光电管，K为阴极，A为阳极。当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K上时，形成光电流，光电流随加速电位差U变化的伏安特性曲线如图8.2.1-2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）

…… …… 余下全文