光电效应和普朗克常数的测定

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1、光电效应和普朗克常数的测定一、实验内容：1.通过实验加深对光的量子性了解；2.通过光电效应实验，测定普朗克常数；3.测量光电管的伏安特性曲线。二、实验仪器：汞灯、干涉滤光片（365nm，405nm，436nm，546nm，577nm）、光电管、光电效应测试仪，示波器三、实验原理：1.光电效应图1所示的是研究光电效应的一种简单的实验装置。在光电管的阴极K和阳极A之间加上直流电压U，当用单色光照射阴极K时，阴极上就会有光电子逸出，即为光电效应。图1光电效应实验装置图2截止电压与入射光频率的关系图爱因斯坦方程：（1）其中m和vm是光电子的质量和最大速度，W为金属的逸出功，是光

2、电子逸出表面后所具有的最大动能。截至电压与最大动能的关系：（2）光电子的最大出动能与入射光光强无关。当入射光频率υ逐渐增大时，截至电压U0将随之线性增加。由（1）式和（2）式可知（3）对于每一种金属，只有当入射光频率υ大于一定的红限频率υ0时，才会产生光电效应。 光电效应是瞬时发生的。实验发现，只要入射光频率，无论光多么弱，从光照射阴极到光电子逸出这段时间不超过10-9s。2.普朗克常数测定根据（3）式可知，测量不同频率的光截止电压，寻求频率v与截止电压U0的线性关系h/e，见图2，从而求得普朗克常数h。四、实验步骤：1．测量准备（1）将测试仪及汞灯电源打开，预热20分

3、钟。——汞灯及光电管的暗箱用遮光罩罩住（2）调整光电管与汞灯的距离，约为40厘米。并保持不变。（3）用专用电缆将光电管暗箱电压输入端与测试仪电压输出端连接起来。（4）将“电流量程”选择开关置于所选档位（截止电压测试为10-13，伏安特性测试为10-10）。（5）调零：将光电管暗箱电流输出端k与测试仪微电流输入端断开，调节电压，使电流表指示为000.0。（6）确认调零。按“调零确认/系统清零”按钮。（7）选取“截至电压”测量，“手动”模式。2．测量截至电压（1）      撤去光电管入口遮光罩，将2mm的光阑放入光电管入口处；（2）      撤去汞灯灯罩；（3）    

4、  将波长为365nm的滤波片套在光电管入口处，此时仪表所显示的就是对应波长的光电管电压与电流值；（4）      轻点“电压调整”周围的“<”和“>”以及“”和“”来改变电压，观察电流的变化，当电流指示约为“000.0”，此时的电压表指示就是该波长光所对应的截止电压。（5）      将365nm滤光片依次换成405nm、436nm、546nm、577nm的滤光片，重复3~4步骤。分别记录各自的截止电压。3．光电管伏安特性测试（1）      按“系统清零/调零确认”按钮，重复1中步骤（4）~（6）；（2）      选取“伏安特性”测量，“手动”模式（或“自动”模式

5、）。（3）      将某一波长的滤光片套在光电管入口处，改变电压，从-1v开始增加，最高电压为50v，分别记录各电压下所对应的光电流。（4）      将电压为横坐标，光电流为纵坐标，在图中描绘出曲线，即为该波长伏安特性曲线。注意：在“自动”模式下，系统默认电压范围为“-1.0V~35V”。五、数据记录和数据处理：1.测量截至电压记录表格：波长（nm）365405436546577频率（×1014hz）8.2147.4086.8795.4905.196截止电压（v）手动     自动     2.光电管伏安特性测试记录表格：选择电压（V） -1.0-0.5 0.0 5

6、.0  10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.040.0 电流（×10-10A）           数据处理要求：1）根据表1的数据在坐标纸上作~直线，得出直线的斜率后求普朗克常数h，与公认值h0比较求相对误差。同时求红限频率。2）根据表2的数据在坐标纸上作~关系曲线。六、注意事项：1.在“自动”模式下，其自动电压扫描范围分别为波长（nm）365405436546577频率（×1014hz）8.2147.4086.8795.4905.196电压范围（v）-1.90~-1.50-1.60~-1.20-1.35~-0.95-0.80~-0.40-0.65

7、~0.252.滤光片切勿用手去摸。七、思考题：1）何谓光电效应？如果一种物质逸出功为2.0ev，那么它做成光电管阴极时能探测的波长红限是多少？提示：当一定频率的光照射金属表面时有电子可以从金属中逸出的现象。2）金属的截止频率（红限）是什么？提示：产生光电效应的光子最低频率称为截止频率。当光的频率小于截止频率时，不管光强如何，都没有光电子产生。3）光电子的能量随光强变化吗？提示：光电子的能量与光强无关，只与光频率有关，由爱因斯坦光电方程决定。当光的频率小于截止频率时，不管光强如何，都没有光电子产生。4）光电流的大小随光强变化吗？提示：光电流