光    电    效    应

实验目的

1.了解光电效应及其规律，理解爱因斯坦光电方程的物理意义。

2.用零电流法测量光电子初动能，求普朗克常数。

原理

       当某金属材料受到一定频率的光照射时，如果光子能量大于金属内电子的逸出功，自由电子吸收光子能量后，便从金属内发射出来，这就是光电效应。   

   实验规律：

    1、只有当照射光的频率超过某一定数值时，才有光电子释放出来。若低于该频率，则无论光强多大也不可能释放出光电子来。该频率称为该物质的“红限频率”。

    2、光的频率越高，被照金属发射光电子的动能也越大。

   3、照射光的频率超过“红限频率”时，发射的光电子的数量（光电流）与光强成正比。

   4、光电子的发射是瞬时的，一般不超过10－9秒。

爱因斯坦的理论：提出“光量子”假说－－

得到光电效应方程：

式中W为电子的脱出功（对某一金属为一常数）， υ为

照射光的频率，h为普朗克常数，m为电子的质量，v为

电子脱离金属后所具有的速度。该方程式就是能量守恒

定律的具体形式。

请根据光电效应方程解释光电效应的实验规律。

 

怎样测量普朗克常数？

 测量电子动能的常用方法－－反向电压法 ，即给电子加一个反向电场，调节反向电场两极板之间的电压，当

                     

                              电子刚好不能达到阳极，电流为零。

                               U称为截止电压。

    W＝？  怎样解决？

   采用不同频率的光照射，由于逸出功对同种金属来说是一个常量，在等式中可以消去。实验中用滤波片得到不同频率的单色光。

综上所述，可得：

 

由于该方法测量h时光电流为零，故称为零电流法。

影响测量截止电压的因素

1、导线和阴极材料之间存在着正向接触电位差

    接触电位差与脱出功的关系为：

  

         从电压表上读得的反向电压值     是截止电压与    的

   和。   是不易测出的，但由于是常数，在式子相减时被消掉。可见存在接触电位差对测h并无影响。  

2、暗电流和本底电流的存在

      暗电流主要是由在没有光照射时由热电子发射形成，本

     底电流是由杂散光线照射引起的光电流。对于暗电流和

     本底电流，可认为它等效于一个正向外加电压。如果测

     量过程中外界温度不变，则此电流值大致不变，其等效

     电压可为一个常数。与接触电位差所述类似，它的存在

    虽然影响截止电压的测量值，但并不影响截止电压对入射

    光频率关系曲线的斜率。

3、反向电流的存在

     由于阳极材料上也往往溅有少量阴极材料，受光照射时也发射光电子；此外，阴极电子也有可能被阳极反射。这样在反向电压的作用下，使从阳极来的电子受到加速作用形成反向电流。由于它的存在抵消一部分正向电流，使得电流与电压的关系曲线不再象图（2）而是变成图（4）的样子。

      图上的零点电流不是阴极电流为零，而是阴极电流与阳极电流的代数和为零。即是说该点所对应的电压值并不是截止电压。但由于阳极反向电流很小，在反向电压继续增大不大时就已达到饱和，所以曲线下部变成平直的。这样只要确定出曲线开始变成直线时的转变点b，就是确定了阴极电流为零的点。其所对应的反向电压正是阴极电流的截止电压。通过确定电流转变点来求h，称为拐点法。

         但是，如果入射光强太弱，光电管发出的阴极光电流太小，这一转变点不易找出，影响测量的精度。拐点法可能比零电流法误差更大。本实验采用中科院成都分院生产的光电效应仪，充分考虑了以上因素，采用零电流法测量，有足够高的精度。

 实验内容及步骤

1 将测试仪及汞灯电源接通，预热20分钟。

2 调整光电管与汞灯距离约40cm并保持不变。

3 仪器在充分预热后，进行测试前调零，旋转“调零”旋钮，使电流指示为000.0。

4 用高频匹配电缆将光电管暗箱电流输出端与测试仪微电流输入端（后面板上）连接起来。

5 实验中采用零电流法进行测量。

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

6 测量：

   将电压选择按键置于－2V ~ ＋2V档；将“电流量程”选择开关置于10-13A档，将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上；将直径4mm的光阑及365.0nm的滤光片装在光电管暗箱光输入口上。从低到高调节电压，用“零电流法”测量该波长对应的截止电压，并将数据记于表中。依次换上404.7nm，435.8nm，546.1nm，577.0nm的滤光片，重复以上测量步骤。

    要求换光阑重复以上操作。

 

7 处理数据,求出h，与h参考值比较，计算相对误差。

[思考题]

1 电流转变点所对应的电压是什么，对应的电流是什么？

2 误差的主要来源是什么？

3如何从本实验中求出逸出功以及确定截止频率?

第二篇：光电效应实验报告

光电效应和普朗克常数测定实验数据表格

1、测定普朗克常数（用光电管A）

光阑孔径 φ= 4 mm 光电管与汞灯距离 L = 400 mm

画出UC —ν关系曲线，并求出斜率K。

用h = eK 求出普朗克常数h 。（ e = 1.602×1019 C ）

-

2、测量光电管的伏安特性曲线（用光电管B）

光阑孔径 φ= 4 mm 光电管与汞灯距离 L = 400 mm

3、验证光电管饱和电流与入射光强（阴极表面的照度）的关系（用光电管B） （1）测量不同光阑孔径下饱和电流IM与入射光强的关系

光电管与汞灯距离 L = 400 mm

根据所测数据的变化写出结论。

（2）测量不同照射距离下饱和电流IM与入射光强的关系

滤光片λ= 546.1 nm 光阑孔径ф

= 4 mm 画出IM — 1/ r2 关系曲线，写出结论。