实验37 光电效应与普朗克常数的测定.doc

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1、实验37光电效应与普朗克常数的测定实验目的1.通过光电效应实验了解光的量子性；2.测量光电管的弱电流特性和不同频率下的截止电压；3.验证爱因斯坦光电效应方程，测定普朗克常数。实验仪器与用具光电效应（普朗克常数）实验仪实验仪器简介光电效应（普朗克常数）实验仪。仪器由汞灯及电源,滤色片,光阑,光电管、智能实验仪构成，仪器组件放置示意如图37-1所示。图37-1仪器组件放置示意图(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(1)(2)(3)(4)图37-2实验仪面板图实验仪的调节面板如图37-2所示。实验仪有手动和自动两种工作模式，具有数据

2、自动采集，存储，实时显示采集数据，动态显示采集曲线（连接普通示波器，可同时显示5个存储区中存储的曲线），及采集完成后查询数据的功能。区〈1〉是电流量程调节旋钮及其指示；区〈2〉是复用区，用于电流指示和自动扫描起始电压设置指示复用：当实验仪处于测试状态或查询状态时，区〈2〉是电流指示区；当实验仪处于设置自动扫描电压时，区〈2〉是自动扫描起始电压设置指示区；四位七段数码管指示电流或电压值；区〈3〉是复用区，用于电压指示、自动扫描终止电压设置指示和调零状态指示复用：当实验仪处于测试状态或查询状态时，区〈3〉是电压指示区；当实验仪处于设置自动扫描电压时

3、，区〈3〉是自动扫描终止电压设置指示区；当实验仪处于调零状态时，区〈3〉是调零状态指示区,显示“----”。四位七段数码管指示电压值；区〈4〉是实验类型选择区：当绿灯亮时，实验仪选择伏安特性测试实验；当红灯亮时，实验仪选择截止电压测试实验；区〈5〉是调零状态区，用于系统调零：区〈6〉、〈8〉是示波器连接区：区〈6〉、区〈8〉可将信号送示波器显示；区〈7〉是存贮区选择区：通过按键选择存贮区；区〈9〉是复用区，用于调零确认和系统清零：当实验仪处于调零状态时，按下此键则跳出调零状态；当实验仪处于测试状态或查询状态时，按下此键则系统清零，重新启动，并进

4、入调零状态；区〈10〉是电压调节区：通过按键调节电压(←→调节位，↑↓调节大小)；区〈11〉是工作状态指示选择区：用于选择及指示实验仪工作状态，详细说明见相关操作说明；通信指示灯指示实验仪与计算机的通信状态；区〈12〉是电源开关；实验原理光电效应的实验原理如图37-3所示。入射光照射到光电管阴极上，产生的光电子在电场的作用下向阳极迁移构成光电流，改变外加电压，测量出光电流的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。光电效应的基本实验事实如下：⒈对应于某一频率，光电效应的关系如图37-4所示。从图中可见，对一定的频率，有一电压，当时，电流为零，这个相对

5、于阴极的负值的阳极电压，被称为截止电压。图37-3测量原理图图37-4不同入射光照射时的伏安特性曲线⒉当后，迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。图37-5不同频率时光电管的伏安特性曲线图37-6截止电压U与入射光频率n的关系图⒊对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图37-5所示。⒋作截止电压与频率的关系图如图37-6所示。与成正比关系。当入射光频率低于某极限值（随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。⒌光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即有光电子

6、产生，所经过的时间至多为秒的数量级。图37-7是理想状态下的伏安特性曲线，它与实际测得的伏安特性曲线(如图37-8)有明显的差别，其原因是测出的光电流中包含有：①漏电流：光电管阴极和阳极间的管壳由于被沾污或受潮而产生的附加电流。②本底电流：由于各种漫发射光入射到光电管上而引起的电流。③反向电流：这是因为制作光阴极时，阳极上也沾有阴极材料，所以只要有光射到阳极上，也有光电子发射而产生反向电流。④暗电流：光电管没有光照射时也会产生电流，称为暗电流。它是由少数热运动能量较大的电子形成的热电子电流。以上各项中以漏电流和反向电流影响最大。实验中，应找出实

7、验伏安特性曲线的拐点(或抬头点)。说明：实际中，反向电流并不为零。图37-4，图37-5中从零开始，是因为反向电流极小，仅为数量级，所以在坐标上反映不出来。按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为n的光子具有能量，为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次为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

8、效应方程：(37-1)式中，为金属的逸出功，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，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极