[精品]物理实验研究性报告

《[精品]物理实验研究性报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、光电效应法测定普朗克常数简要误差分析摘要—、实验原理本报告以“光屯效应法测定普朗克常数”实验为研究对象，（I）比讨论计算U。的两种方法：图示法和一元线性回归法。（2）简要分析计算截止电压U。时的误差,主要考虑实验仪在测量电压时的读数误差，并修正其不确定度。光电效应的实验原理图如左图所示。入射光照射到光电管阴极K.h,产生的光电子在电场作用下想阴极A迁移形成光电流；改变外加电压Uak，测量出光电流I的人小，即可得到光电管的伏安特性曲线。光电效应的基本实验事实如下：（1）对于某一频率，光电效应的I・Uak关系如下图

2、1所示。从图屮可见，对一定的频率，有一电压U。，当Uak《二U。时，电流为零。这个相对于阴极的负值的阳极电压U。，被称为截止电压。（2）当Uak》=山时，I迅速增加，饱和光电流5的大小与入射光的强度P成正比。（3）对于不同频率的光，其截至电压的值不同，如下图2所示。（4）截止电压U。与频率v的关系如图3所示，U。和v成正比。当入射光频率低于某极限值％吋，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生，该V。通常被称为频率红限。（5）光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常弱，只要频率大于v。，在开始照射后立即

3、冇光电子产生，所经过的时间至多为102的数量级。上，而是集中在称为光了的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率的概念，频率为V的光子具冇的能量E=hv,h为普朗克常数。当光子照射到金屈表而上是，一次被金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：hv=—mv2+A2式屮，A为金属的逸出功，l/2mv/为光电子获得的初始动能。由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越人

4、，所以即使阳极电位比阴极电位低，也会有电了落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时冇关系：12TJ—mv=eU“2°阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电了的收集作用越强，光电流随Z上升；当阳极电压上升到一定程度，已把阴极发射的光电子儿乎全收集到阳极，再增加Uak时，I不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流I"的大小与入射光的强度P成正比。光子的能量hv°

5、式表明截止电压U°是频率v的线性函数，直线斜率k=h/e,只要用实验方法得出不同的频率对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数ho二、实验仪器光电检测装置：光电管暗盒，高压汞灯灯箱，高压汞灯电源，实验基准平台。实验主机：GD-4型光电效应（普朗克常数）实验仪。三、主要步骤1、测试前准备预热汞灯20分钟，调整光电管与汞灯距离40cm不变。将“屯流量程”选择开关置于所选档位，进行测试前调零。2、测普朗克常量h（1）手动测量将直径4mm的光阑及365nm的滤色片装在光电管暗盒光输入口上，打开汞灯遮光盖。从低到

6、高调节屯压，观察电流值变化，寻找电流为零吋对应的",以其绝对值作为该波长对应的U。的值。依次换上404.7nm、435.8nm>546.lnm>577.Onm的滤色片,重复以上步骤。（2）自动测量将“手动/自动”模式键切换到自动模式。用电压调节键设置扫描起始和终止电压。按动相应的存储区按键，仪器将先清除存储区原有数据，等待约30s,然后实验仪按4niV的步长自动扫描，并显示、存储相应的电压、电流值。扫描完成后，仪器进入数据查询状态。用电压调节键改变电压值，就可查阅到在测试过程中，扫描电压为当前显示值时相对应的电

7、流值。读取电流为零吋对应的Uak，以其绝对值作为该波长对应的U的值。3、测量光电管的伏安特性曲线将“伏安特性测试/截止电压测试”状态键切换至伏安特性测试状态。“电流量程”开关应拨至1（T°A档，并重新调零。将直径4mm的光阑及所选谱线的滤色片装在光电管暗盒光输入口上。手动测量吋每隔5V测一组数据。在5为50V时，测量并记录对同一谱线，同一入射距离，光阑分别在2mm、4mm时对应的电流值，验证光电管的饱和光电流与入射光强成止比。木实验中选用的为435.8nm0接着测量并记录同一光阑，不同谱线时的电流值，同样验证光

8、电管的饱和电流与入射光强成正比。木实验屮选用的为光阑为4mm。四、数据记录与处理1、作出Uo-v曲线v/xlOnHz5.1965.4906.8797.408&214Uo/V（手动）0.5420.6681.2521.4841.814Uo/V（自动）0.5500.6681.2661.4321.798Uo/V（平均）0.5460.6681.2591.4581.806—系列10.2010（2）