光電效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? (1) 了解光電效應(yīng)的規(guī)律，加深對(duì)光的量子性的理解 (2) 測(cè)量普朗克常量h。 實(shí)驗(yàn)儀器： ZKY-GD-4 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀 1 微電流放大器 2 光電管工作電源 3 光電管 4 濾色片 5 汞燈 實(shí)驗(yàn)原理： 原理圖如右圖所示：入射光照射到光電管陰極K上，產(chǎn)生的光電子在電場(chǎng)的作用下向陽(yáng)極A遷移形成光電流。改變外加電壓VAK，測(cè)量出光電流I的大小，即可得出光電管得伏安特性曲線。 1）對(duì)于某一頻率，光電效應(yīng)I-VAK關(guān)系如圖所示。從圖中可見，對(duì)于一定頻率，有一電壓V0，當(dāng)VAK≤V0時(shí)，電流為0，這個(gè)電壓V0叫做截止電壓。 2)當(dāng)VAK≥V0后，電流I迅速增大，然后趨于飽和，飽和光電流IM的大小與入射光的強(qiáng)度成正比。 3）對(duì)于不同頻率的光來說，其截止頻率的數(shù)值不同，如右圖： 4) 對(duì)于截止頻率V0與頻率ν的關(guān)系圖如下所示。V0與ν成正比關(guān)系。當(dāng)入射光的頻率低于某極限值ν0時(shí)，不論發(fā)光強(qiáng)度如何大、照射時(shí)間如何長(zhǎng)，都沒有光電流產(chǎn)生。 1 / 6 5）光電流效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)。即使光電流的發(fā)光強(qiáng)度非常微弱，只要頻率大于ν0，在開始照射后立即就要光電子產(chǎn)生，所經(jīng)過的時(shí)間之多為10-9s的數(shù)量級(jí)。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及測(cè)量： 1 將4mm的光闌及365nm的濾光片祖昂在光電管暗箱光輸入口上，打開汞燈遮光蓋。從低到高調(diào)節(jié)電壓（絕對(duì)值減小），觀察電流值的變化，尋找電流為零時(shí)對(duì)應(yīng)的VAK值，以其絕對(duì)值作為該波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的V0值，測(cè)量數(shù)據(jù)如下： 波長(zhǎng)/nm 365 404.7 435.8 546.1 577 頻率/×1014Hz 8.214 7.408 6.897 5.49 5.196 截止電壓/V 1.679 1.335 1.107 0.557 0.434 頻率和截止電壓的變化關(guān)系如圖所示： 由圖可知：直線的方程是:y=0.4098x-1.6988 所以: h/e=0.4098×10-14 , h=1.6×10-19×0.4098×10-14=6.5568×10-34J·s 當(dāng)y=0，即V0=0V時(shí)，ν=1.6988÷0.4098=4.1454×1014Hz ，即該金屬的截止頻率為4.1454×1014Hz。也就是說，如果入射光如果頻率低于上值時(shí)，不管光強(qiáng)多大也不能產(chǎn)生光電流；頻率高于上值，就可以產(chǎn)生光電流。 根據(jù)線性回歸理論： k=v?V0-v?V0v2-v2 可得：k=0.40975，與EXCEL給出的直線斜率相同。 我們知道普朗克常量h0=6.626×10-34J?s, 所以，相對(duì)誤差： E=h-h0h0=-0.01044 2 測(cè)量光電管的伏安特性曲線 1） 用435.8nm的濾色片和4mm的光闌 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示： 435.8nm 4mm光闌 I-VAK的關(guān)系 VAK I VAK I VAK I VAK I VAK I VAK I 0.040 1.9 0.858 4.2 2.300 9.3 6.600 19.5 12.000 27.3 22.000 35.8 0.089 2.1 0.935 4.4 2.500 10 6.800 19.9 12.500 27.7 22.700 36.2 0.151 2.3 1.096 4.9 2.700 10.6 7.200 20.5 13.000 28.3 24.100 37 0.211 2.4 1.208 5.3 2.900 11.1 7.800 21.5 14.200 29.4 25.700 37.9 0.340 2.7 1.325 5.6 3.200 12 8.700 23 15.000 30.1 26.800 38.3 0.395 2.9 1.468 6.1 3.800 13.9 9.100 23.6 16.100 31.1 27.500 38.7 0.470 3.1 1.637 6.7 4.200 14.8 9.800 24.6 16.600 31.6 29.500 39.5 0.561 3.3 1.779 7.2 4.900 16.4 10.200 25.1 17.500 32.3 30.900 40.1 0.656 3.6 1.930 7.8 5.400 17.4 10.700 25.8 18.600 33 　 　 0.725 3.8 2.000 8.3 6.100 18.7 11.100 26.3 19.600 33.7 　 　 2） 用546.1nm的濾光片和4mm的光闌 數(shù)據(jù)如下表所示： 546.1nm 4mm光闌 I-VAK的關(guān)系 VAK I VAK I VAK I VAK I 0.3 1.3 5.9 9.1 13.2 13.0 23.8 15.9 1.0 2.6 6.8 9.8 14.1 13.3 25.3 16.1 1.4 3.4 7.6 10.4 15.1 13.7 26.4 16.5 1.8 4.1 8.2 10.8 16.1 14.0 27.2 16.6 2.2 4.9 8.8 11.1 17.1 14.2 28.0 16.7 2.8 5.7 9.8 11.6 17.8 14.4 28.9 16.7 3.2 6.3 10.0 11.9 18.9 14.7 29.7 16.8 3.9 7.1 11.4 12.3 19.7 14.9 30.7 16.9 4.3 7.6 12.1 12.6 20.1 15.0 31.2 17.0 4.9 8.2 12.7 12.9 20.9 15.2 　 　 作兩種情況下，光電管得伏安特性曲線： 由上圖可知： 1） 光電流隨管壓降的增大而逐漸增大。在增大的過程中，增長(zhǎng)速度由快變慢最終達(dá)到飽和。這一點(diǎn)在546.1nm的伏安特性中可以清楚地看出。 2） 當(dāng)管壓降相同時(shí)，比較兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光電流可以發(fā)現(xiàn)：波長(zhǎng)長(zhǎng)的，即頻率小的（546.1nm）光電流??；波長(zhǎng)短的，即頻率大的（435.8nm）光電流大。這也間接證明了愛因斯坦的光電流方程：hν=12mv02+A。對(duì)于同一種金屬，溢出功A相等，頻率高的就能得到更大的動(dòng)能來克服金屬的束縛，從而形成更大的光電流。 3. 保持管壓降VAK=30.0V不變，調(diào)整光闌的直徑，分別為：2mm, 4mm, 8mm。測(cè)量對(duì)應(yīng)的電流如下： 光闌孔直徑mm 2 4 8 435.8nm I/×10-10A 8.8 36.8 108.9 546.1nm I/×10-10A 3.9 15.9 46.5 作出兩種不同波長(zhǎng)的光電流隨光強(qiáng)的變化圖，如下： 我們可以看出： 1） 同一種波長(zhǎng)下，光電流隨光闌直徑的增大而增大。由于數(shù)據(jù)點(diǎn)有限，不能表明光闌面積（即光強(qiáng)的大?。┩怆娏鞯木唧w關(guān)系，是否是線性的，也就無從得知。所畫出的圖形如下： 2） 不同波長(zhǎng)下，若光闌直徑相等，即光強(qiáng)相同，光的頻率越大，光電流越大；并且，頻率大的光變化也快。在光強(qiáng)較弱時(shí)，不同的光產(chǎn)生的光電流大小相差無幾，但當(dāng)光強(qiáng)變大后，兩者差距逐漸變大。 4 在VAK=30.0V的情況下，保證光闌直徑為8mm，測(cè)量?jī)煞N光強(qiáng)下，光電流與入射距離的變化關(guān)系如下表和下圖所示： 入射距離L 40 38 36 34 33 　 　 　 I/×10-10A 117.1 133.3 146.8 174.3 184 　 　 　 入射距離L 40 39 38 37 36 35 34 33 I/×10-10A 42.3 44 45.5 49.7 57.2 59.4 66.6 74.1 入射距離增大，光強(qiáng)勢(shì)必會(huì)減小，由圖可知，光電流變小，這樣的結(jié)論和以上改變光闌直徑所得結(jié)論相一致。對(duì)于不同的光波，頻率大的光在相同的光強(qiáng)條件下，獲得的光電流較大。 實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 1） 實(shí)驗(yàn)中改變?nèi)肷渚嚯x處誤差最大，所以只能做定性分析，不能用于定量計(jì)算。 2） 通過實(shí)驗(yàn)得到了普朗克常數(shù)，也驗(yàn)證了愛因斯坦的光電效應(yīng)方程。 3） EXCEL表格中所得到的線性方程也是利用了線性回歸理論，可見線性回歸理論在處理數(shù)據(jù)中有很重要的應(yīng)用。 4） 實(shí)驗(yàn)中由汞燈產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度本身也應(yīng)該有所差別，546.1nm和435.8nm的光的強(qiáng)度應(yīng)該是不相同的。所以對(duì)于實(shí)驗(yàn)中的光強(qiáng)也無法做到定量研究。 5） 6） 7） 8） 溫馨提示：最好仔細(xì)閱讀后才下載使用，萬分感謝！ 9） 10）