光電效應普朗克常數(shù)的測量

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1、云南大學物理實驗教學中心實驗報告云南大學物理實驗教學中心實驗報告課程名稱：創(chuàng)新性實驗實驗項目：光電效應普朗克常數(shù)的測量學生姓名：朱江醒學號：20051050148物理科學技術(shù)學院物理系2005級數(shù)理基礎(chǔ)科學專業(yè)成績指導教師：姜澤軍實驗時間：2007年12月1日8時30分至12時30分實驗地點：物理館實驗類型：教學(演示□驗證□綜合□設(shè)計□)學生科研□課外開放□測試□其它□10云南大學物理實驗教學中心實驗報告一、實驗目的1．了解光電效應及其規(guī)律，理解愛因斯坦光電方程的物理意義2．用減速電位法測量光電子初動能，求普朗克常數(shù)。

2、二、實驗原理1．光電效應金屬在光的照射下釋放出電子的現(xiàn)象叫做光電效應。根據(jù)愛因斯坦的“光量子概念”，每一個光子具有能量，當光照射到金屬上時，其能量被電子吸收，一部分消耗于電子的逸出功Ws，另一部分轉(zhuǎn)換為電子逸出金屬表面后的動能。由能量守恒定律得(1)圖1此式稱為愛因斯坦光電方程。式中為普朗克常數(shù)，為入射光的頻率，m為電子質(zhì)量，v為電子的最大速度，上式右邊第一項為電子最大初動能。用光電方程圓滿解釋了光電效應的基本實驗事實：電子的初動能與入射光頻率呈線性關(guān)系，與入射光的強度無關(guān)。任何金屬都存在一截止頻率，，又稱紅限，當入射光

3、的頻率小于時，不論光的強度如何，都不產(chǎn)生光電效應。此外，光電流大小(即電子數(shù)目)只決定于光的強度。2．驗證愛因斯坦光電方程，求普朗克常數(shù)圖2圖1本實驗采用“減速電位法”決定電子的最大初動能，并由此求出普朗克常數(shù)。實驗原理如圖1所示。圖中K為光電管陰極，A為陽極。當頻率為的單色光入射到光電管陰極上時，電子從陰極逸出，向陽極運動，形成光電流。當為正值時，越大，光電流越大，當電壓達到一定值時，光電流飽和，如圖2中虛線所示。若為負(即在光電管上加減速電位)，光電流逐漸減小，直到達到某一負值時，光電流為零，稱為遏止電位或截止電壓。

4、這是因為從陰極逸出的具有最大初動能的電子不能穿過反向電場到達陽極，即10云南大學物理實驗教學中心實驗報告（2）將（2）式代入（1）式得當用不同頻率的單色光照射時，有……..聯(lián)立其中任意兩個方程，得圖3（3）由此可見，愛因斯坦光電方程提供了一種測量普朗克常數(shù)的方法，如果從實驗所得的關(guān)系是一條直線(如圖3)，其斜率，為電子電荷，由此可求出普朗克常數(shù)。這也就證實了光電方程的正確性。3．光電管的實際U-I特性曲線由于下述原因光電管的實測U-I特性曲線如圖2中實線所示，光電流沒有一個銳截止點。（1）在光電管制造過程中，有些光陰極物

5、質(zhì)濺射到陽極上，受光照射(包括漫反射光)時，陽極也會發(fā)射光電子，使光電管極間出現(xiàn)反向電流(陽極電流)。（2）無光照射時，在外加電壓下，光電管中仍有微弱電流流過，稱為暗電流。這是由于光電管電極在常溫下的熱電子發(fā)射以及管座和管殼外表面的漏電造成的。（3）陽極和陰極材料不同引起的接觸電位差。4．遏止電位的確定由于上述原因使遏止電位的確定帶有很大的任意性。實驗時應根據(jù)光電管的不同結(jié)構(gòu)與性能，采用不同方法確定。（1）陰極是平面電極、陽極做成大環(huán)形可加熱結(jié)構(gòu)的光電管（如國產(chǎn)1997型或GDh-110云南大學物理實驗教學中心實驗報告型

6、）其陰極電流上升很快，反向電流較小，特性曲線與橫軸的交點可近似當作遏止電壓，這種方法稱為“交點法”。（2）陰極為球殼形、陽極為半徑比陰極小得多的同心小球的光電管（如GD-4型），反向電流容易飽和，可以把反向電流進入飽和時的拐點（圖2中）電壓近似作為遏止電位，這種方法叫做“拐點法”。不過，不論采用什么方法，均在不同程度上引進系統(tǒng)誤差，使測量的誤差較大。三、實驗儀器本實驗采用GD-IV型微機光電效應實驗儀，包括四部分：1．光源。用高壓汞燈，燈泡選用GGQ-50WHg型，光譜范圍在302.3~872.0nm之間。2．光電管。采

7、用GDhl型光電管，陽極為鎳圈，陰極為銀—氧—鉀（Ag-O-K），光譜范圍為340~700nm。它裝在帶有入射窗口的暗盒內(nèi)。高度可調(diào)，入射窗口配有5mm孔徑光闌。3．濾色片。用NG型濾色片獲得單色光，它是一組（5塊）寬帶型有色玻璃組合濾色片，有選通365.0、405.7、435.8、546.1、577.0nm譜線的能力。4．微電流測量放大器。電流測量范圍10-5～10-13A，分6檔，十進變換，微電流指示用3位半數(shù)字電流表，讀數(shù)精度分0.1A（用于調(diào)零和校準）和1A（用于測量）兩檔。機內(nèi)附有光電管工作電源。分直流和掃描兩

8、檔，直流用于手動調(diào)節(jié)電壓，掃描用于記錄儀或微機自動測量時，自動改變電壓。直流電壓輸出0～±3V，連續(xù)可調(diào)。掃描電壓為三角波，幅度0～±3V，周期50s。圖6四、實驗內(nèi)容1．手動測量光電管的U-I特性曲線。（1）將光源、光電管暗盒、微電流放大器等安放在適當位置，光源與光電管的距離取30~50cm，注意兩者光路共軸。暫不