光电效应测普朗克常数

1.简述爱因斯坦光电效应方程的物理意义

E=hv-W

一束光打到一块金属上，光的；频率是v ，我们知道 hv 是一个光子的能量，即这束光的最小的能量，金属中电子要摆脱原子核的束缚飞出金属表面就需要吸收能量，及吸收一个光子，但是如果光子的能量不足以让电子飞出金属表面，电子式飞不出来的，我们就没看到有光电子。若是能量大于所需能量（即逸出功W），就可以发生光电效应（更确切的说是外光电效应，还有一个就是内光电效应，即吸收了光子发生跃迁，没有脱离金属），并且多余的能量转化为光电子的动能，即E

2.举例说明光电效应的应用

利用光电效应可以把光信号转变为电信号，动作迅速灵敏，因此利用光电效应制作的光电器件在工农业生产、科学技术和文化生活领域内得到了广泛的应用．光电管就是应用最普遍的一种光电器件．

光电管的类型很多．图7-3甲是其中的一种．玻璃泡里的空气已经抽出，有的管里充有少量的惰性气体（如氩、氖、氦等）．管的内半壁涂有逸出功小的碱金属作为阴极K．管内

另有一阳极A.使用时照图7-3乙那样把它连在电路里，当光照射到光电管的阴极K时，阴极发射电子，电路里就产生电流．光电管不能受强光照射，否则容易老化失效．光电管产生的电流很弱，应用时可以用放大器把它放大．

光控继电器 工业生产中的大部分光电控制设备都用光控继电器．图7-4是光控继电器的示意图．它由电源、光电管、放大器、电磁继电器几部分组成。当光照射光电管时，光电管电路中便产生电流，经放大器放大后，使电磁铁M磁化，把衔铁N吸住；没有光照射光电管时，电路中没有电流，衔铁N在弹簧的作用下就自动离开M．如果把衔铁N跟控制机构相连，就可以达到自动控制的目的．

光控继电器在工业上可以用于产品的自动计数、安全生产等方面．用于自动计数时，可以把产品放在传送带上，光源和光电管分别放在传送带的两侧，每当传送带上输送过去一个产品时，光线被挡住一次，光控继电器就放开衔铁一次，由衔铁控制的计数器的数字就加一．工人在冲床、钻床、锻压机械上劳动时，如有不慎，容易出事故．为保证安全，可以在这些机床上安装光控继电器．当工人不慎将手伸入危险部位时，由于遮住了光线，光控继电器就立即动作，使机床停下来，避免事故的发生．

有声电影 最早的电影是没有声音的．后来虽然有了声音，但那是靠留声机来配合影片播放的．声和影配合不好时，效果当然不好．我们现在能够看到声和影完全配合一致的有声电影，还是多亏了光电管．

影片摄制完后，要进行录音．录音时通过专门的设备使声音的变化转变成光的变化，从而把声音的“像”摄制在影片的边缘上，形成宽窄变化的暗条纹，这就是影片边上的音道．放映电影时，利用光电管把“声音的照片”还原成声音．方法是：在电影放映机中用强度不变的极窄的光束照射音道，由于影片上各处的音道宽窄不同，所以在影片移动的过程中，通过音道的光的强度也就不断变化；变化的光射向光电管时，在电路中产生变化的电流，把电流放大后，通过喇叭就可以把声音放出来．

3.何谓电子逸出功

电子克服原子核的束缚,从材料表面逸出所需的最小能量,称为逸出功。

4.本实验能否决定该金属逸出功

可以，减速电位法，用能量守恒定律

但是一部分被吸收，一部分逸出，你测得的只是逸出功率

但是这只能做参考，因为测量存在不确定度，变量很多，你无法精确控

5.滤光片位置于光源窗口还是光电管窗口

光电管窗口

第二篇：光电效应和普朗克常数的测定

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。

3.根据你的测量数据，确定光电管阴极材料的电子逸出功A？

根据      eU₀ =hn－A   

A₁=hn-eU₀=6.626×10^-34×8.214×10¹⁴-1.602×10^-19×1.750

=2.640×10^-19J

A₂=6.626×10^-34×7.408×10¹⁴-1.602×10^-19×1.436

=2.579×10^-19J

A₃=6.626×10^-34×6.879×10¹⁴-1.602×10^-19×1.206

=2.626×10^-19J

A₄=6.626×10^-34×5.490×10¹⁴-1.602×10^-19×0.616

=2.651×10^-19J

A₅=6.626×10^-34×5.196×10¹⁴-1.602×10^-19×0.496

=2.648×10^-19J

=2.629×10^-19J

数据处理

实验数据1： U₀—V关系

1.       作出不同频率下截止电压Ua和频率ν的关系曲线，求出普朗克常数h、截止频率ν₀、电子逸出功A，并算出所测量值h与公认值之间的相对误差E。

 

1） 取U₀-ν直线上两点A(8.0×10¹⁴_,1.65)  B(6.0×10¹⁴,0.80)

K=

则   h=ek=1.602×10^-19×0.425×10^-14=0.6808×10^-33J.S

相对误差   E=

2）最小二乘法求h：

 

=7.3.6×    ² =4.406×

=7.854×    = 4.536×

所以　ｋ＝

ｈ＝ｅｋ=1.602×10^-19×0.413×J.S

相对误差 

3）由U₀-ν直线得截止频率

 

4）由U₀-ν直线求电子逸出功A

直线截距为：-1.63v

根据  eU₀ =hn－A     A/e=-1.63v

A=1.602×10^-19×1.63

=2.611×10^-19J

实验数据2： I—U_AK关系     Φ=4mm

2．绘制相同光强，不同频率入射光照射下，光电管的伏安特性曲线。

 

实验数据3：I_M—P关系     U_AK=50V    λ =546nm      L=400nm  

3、作出同一频率光照，不同光阑孔径下的I—P特性曲线，验证饱和光电流与入射光强成正比。

1）入射光强与光阑孔面积成正比，因此光电流与光阑孔径的关系为二次曲线。

 

2）入射光强与光阑孔面积成正比，因此光电流与光阑孔面积成正比。

实验数据4：I_M—P关系     U_AK=50V        Φ=2mm     λ=365nm

实验数据5：I_M—P关系     U_AK=50V        Φ=4mm     λ=436nm

4、作出同一频率光照，不同光程距离下的I—P特性曲线，验证饱和光电流与入射光强成正比。

入射光强与光程距离近似成正比，因此光电流与光程距离的关系为近似直线关系。

 

实验数据6：I—U_AK关系    λ=436nm       L=400mm

5、绘制不同光强，同一频率入射光照射下，光电管的伏安特性曲线。