實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 評分： 少年班 系 07 級 學(xué)號 PB07000632 姓名 郭飛揚(yáng) 日期 2008-4-28 實(shí)驗(yàn)題目:光電效應(yīng)測普朗克常量 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律。并用光電效應(yīng)方法測量普朗克常量和測定光電管的光電特性曲線。 實(shí)驗(yàn)原理: 當(dāng)光照在物體上時(shí)，光的能量僅部分地以熱的形式被物體吸收，而另一部分 則轉(zhuǎn)換為物體中某些電子的能量，使電子逸出物體表面，這種現(xiàn)象稱為光電 效應(yīng)，逸出的電子稱為光電子。 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。 1 光電流與入射光強(qiáng)度的關(guān)系 光電流隨加速電位差U的增加而增加，加速電位差增加到一定量值后， 光電流達(dá)到飽和值和值IH，飽和電流與光強(qiáng)成正比，而與入射光的頻率無關(guān)。 當(dāng)U= UA-UK變成負(fù)值時(shí)，光電流迅速減小。實(shí)驗(yàn)指出，有一個(gè)遏止電位差Ua 存在，當(dāng)電位差達(dá)到這個(gè)值時(shí)，光電流為零。 2 光電子的初動能與入射頻率之間的關(guān)系 光電子從陰極逸出時(shí)，具有初動能，在減速電壓下，光電子逆著電場力方向由K極向A極運(yùn)動。 當(dāng)U=Ua時(shí)，光電子不再能達(dá)到A極，光電流為零。所以電子的初動能等于它克服電場力作用的功。即 aeUmv 221 (1） 每一光子的能量為 hv ，光電子吸收了光子的能量h之后，一部分消耗于克服電子的逸出功A， 另一部分轉(zhuǎn)換為電子動能。由能量守恒定律可知: Amvhv 221 （2） 由此可見，光電子的初動能與入射光頻率呈線性關(guān)系，而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。 3 光電效應(yīng)有光電存在 實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)光的頻率 0vv 時(shí)，不論用多強(qiáng)的光照射到物質(zhì)都不會產(chǎn)生光電效應(yīng)，根據(jù)式（2）， h Av 0 ，0稱為紅限。 由式（1）和（2）可得： AUehv 0 ，當(dāng)用不同頻率（1，2，3，n）的單色光分 別做光源時(shí)，就有: AUehv 11 , AUehv 22 , AUehv nn , 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 評分： 少年班 系 07 級 學(xué)號 PB07000632 姓名 郭飛揚(yáng) 日期 2008-4-28 任意聯(lián)立其中兩個(gè)方程就可得到 ji ji vv UUeh )( （3） 由此若測定了兩個(gè)不同頻率的單色光所對應(yīng)的遏止電位差即可算出普朗克常量h，也可由-U直 線的斜率求出h。 因此，用光電效應(yīng)方法測量普朗克常量的關(guān)鍵在于獲得單色光、測得光電管的伏安特性曲線和確 定遏止電位差值。 實(shí)驗(yàn)中，單色光可由水銀燈光源經(jīng)過單色儀選擇譜線產(chǎn)生。 為了獲得準(zhǔn)確的遏止電位差值，本實(shí)驗(yàn)用的光電管應(yīng)該具備下列條件： （1） 對所有可見光譜都比較靈敏。 （2） 陽極包圍陰極，這樣當(dāng)陽極為負(fù)電位時(shí)，大部分光電子仍能射到陽極。 （3） 陽極沒有光電效應(yīng)，不會產(chǎn)生反向電流。 （4） 暗電流很小。 但是實(shí)際使用的真空型光電管并不完全滿足以上條件。由于存在陽極光電效應(yīng)所引起的反向電流和暗 電流（即無光照射時(shí)的電流），所以測得的電流值，實(shí)際上包括上述兩種電流和由陰極光電效應(yīng)所產(chǎn)生的 正向電流三個(gè)部分，所以伏安曲線并不與U軸相切。由于暗電流是由陰極的熱電子發(fā)射及光電管管殼漏電 等原因產(chǎn)生，與陰極正向光電流相比，其值很小，且基本上隨電位差U呈線性變化，因此可忽略其對遏止 電位差的影響。陽極反向光電流雖然在實(shí)驗(yàn)中較顯著，但它服從一定規(guī)律。 據(jù)此，確定遏止電位差值，可采用以下兩種方法： （1） 交點(diǎn)法 （2） 拐點(diǎn)法 實(shí)驗(yàn)步驟：1. 在光電管入光口裝上365nm濾光片，電壓為-3V，調(diào)整光源和光電管 之間的距離，直到光電流為-0.3錯(cuò)誤!未找到引用源。，固定此距離，不需再變動。 2. 分別測365nm，405nm,546nm,577nm的V-I特性曲線，從-3V到25V，拐點(diǎn)處測量盡量小。 3. 裝上577nm濾色片,在光源窗口分別裝上透光率為25%,50%,75%的遮光片,加20V電壓,測量飽和光 電流Im和照射光強(qiáng)度的關(guān)系,作出Im光強(qiáng)曲線。 4.做UaV關(guān)系曲線，計(jì)算紅限頻率和普朗克常數(shù)h,與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。 實(shí)驗(yàn)器材：光電管、單色儀（或?yàn)V波片）、水銀燈、檢流計(jì)（或微電流計(jì)）、直流電源、直流電壓計(jì)等。 實(shí)驗(yàn)桌號：9號 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 評分： 少年班 系 07 級 學(xué)號 PB07000632 姓名 郭飛揚(yáng) 日期 2008-4-28 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理： 2. 分別測365nm，405nm,436nm,546nm,577nm的V-I特性曲線，從-3V到25V，拐點(diǎn)處測量盡量小。 (1)波長=365nm U/V -3 -2.5 -2 -1.5 -1.4 -1.3 -1.25 -1.2I/uA -0.3 -0.3 -0.2 -0.1 0 0 0.1 0.2U/V -1.15 -1.1 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 I/uA 0.3 0.4 0.6 1.1 1.8 2.6 3.8 4.8U/V 0.3 0.6 1 1.5 2 2.5 3 4I/uA 6.4 7.7 8.9 10.1 1 1.6 12.3 13.3 U/V 5 7 8 9 10 13 15 20I/uA 13.7 14 14.2 14.5 14.7 15 15.1 15.1U/V 25 I/uA 15.1 表1 波長為365nm時(shí)對應(yīng)的U-I Ua=-1.17V (2)波長=405nm U/V -3 -2 -1.5 -0.9 -0.7 -0.5 -0.25 0I/uA -0.1 -0.1 0 0.1 0.5 1.2 2.4 3.8U/V 0.5 1 1.5 2 3 5 6 7 I/uA 6.2 7.6 8.6 9.6 10.3 1.3 1.7 1.9U/V 8 9 10 13 15 20 25I/uA 12 12.1 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 表2 波長為405nm時(shí)對應(yīng)的U-I 01020612圖4 波長為365nm的V-I特性曲線 U/VI/uA-.17 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 評分： 少年班 系 07 級 學(xué)號 PB07000632 姓名 郭飛揚(yáng) 日期 2008-4-28 Ua=-0.89V (3)波長=436nm U/V -3 -2 -1.5 -1 -0.8 -0.7 -0.6 -0.3I/uA -0.1 -0.1 -0.1 0 0.1 2 0.4 1.6 U/V 0 0.5 1 1.5 2 3 5 7.5I/uA 3.1 5.5 6.8 7.8 8.6 9.6 10.8 1.1U/V 10 12 13 14 15 20 25 I/uA 1.4 1.6 1.7 1.8 1.8 12 12.1 表3 波長為436nm時(shí)對應(yīng)的U-I Ua=-0.72V (4)波長=546nm 01020510圖5 波長為4nm的V-I特性曲線-.8U/VI/uA -0510522468102圖6 波長為43nm的V-I特性曲線.7I/uAU/V 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 評分： 少年班 系 07 級 學(xué)號 PB07000632 姓名 郭飛揚(yáng) 日期 2008-4-28 U/V -3 -2 -1 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 0I/uA 0 0 0 0.1 0.3 0.8 1.2 2.1 U/V 0.5 1 2 3 5 7.5 10 12.5I/uA 4.1 5.3 6.7 7.6 8.5 9.1 9.4 9.5U/V 15 20 25 I/uA 9.5 9.6 9.7 表4 波長為546nm時(shí)對應(yīng)的U-I Ua=-0.22V (5)波長=577nm U/V -3 -1 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0I/uA 0 0 0 0.1 0.3 0.5 0.8 1 U/V 0.2 0.4 0.6 1 1.5 2 3 5I/uA 1.5 1.8 2 2.3 2.5 2.6 2.8 2.9U/V 7 10 12.5 15 20 25 I/uA 3 3 3.1 3.1 3.1 3.1 表5 波長為577nm時(shí)對應(yīng)的U-I Ua=-0.15V 1248圖7 波長為6nm的V-I特性曲線-.2I/uAU/V 010223圖8 波長為57nm的V-I特性曲線-.1I/uAU/V 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 評分： 少年班 系 07 級 學(xué)號 PB07000632 姓名 郭飛揚(yáng) 日期 2008-4-28 3. 裝上577nm濾色片,在光源窗口分別裝上透光率為25%,50%,75%的遮光片,加20V電壓,測量飽和光 電流Im和照射光強(qiáng)度的關(guān)系,作出Im光強(qiáng)曲線。 遮光片 0% 25% 50% 75% 10%I/uA 0 0.9 1.5 2.4 3.1 表6 遮光片的透光率與和光電流Im的關(guān)系 4.做UaV關(guān)系曲線，計(jì)算紅限頻率和普朗克常數(shù)h,與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。 錯(cuò)誤!未找到引用源。 錯(cuò)誤!未找到引用源。 %38.1563.6 61.563.6 真實(shí)值測量值真實(shí)值相對誤差h 錯(cuò)誤!未找到引用源。 由于本實(shí)驗(yàn)的儀器不精確及人的讀數(shù)誤差，及實(shí)驗(yàn)本身原理導(dǎo)致的誤差及當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境影響。因 此實(shí)驗(yàn)存在較大誤差。但在一定誤差范圍內(nèi)，可以認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可信。 0.51.0.52.0.525%07圖9 Im光強(qiáng)曲線 I/uA光強(qiáng)0.2.406.81.25E+14.6.07+14.5E8.0 圖1 Ua-V關(guān)系曲線 v/HzUa/v