1、用光電效應測普朗克常數【實驗簡介】光電效應是物理學中一個重要而神奇的現象。在高于某特定頻率的電磁波照射下，某些物質內部的電子會被光子激發出來而形成電流，即光生電。光電現象由德國物理學家赫茲于1887 年發現，而正確的解釋為愛因斯坦所提出。科學家們在研究光電效應的過程中，物理學者對光子的量子性質有了更加深入的了解，這對波粒二象性概念的提出有重大影響。普朗克常數記為h，是一個物理常數，用以描述量子大小，約為6.62619 10 4 J s。在量子力學中占有重要的角色，馬克斯？普朗克在 1900 年研 究物體熱輻射的規律時發現，只有假定電磁波的發射和吸收不是連續的，而是一份一份地進行的，計算的結果才

2、能和試驗結果是相符。這樣的一份能量叫做能量子，每一份能量子等于，為輻射電磁波的頻率。普朗克常數是自然科學中一個很重要的常量，它可以用光電效應簡單而又準確地測量。【實驗目的】1、通過實驗深刻理解愛因斯坦的光電效應理論，了解光電效應的基本規律；2、掌握用光電管進行光電效應研究的方法；3、學習對光電管伏安特性曲線的處理方法，并用以測定普朗克常數。【實驗儀器】GD-4 型智能光電效應 （普朗克常數 ）實驗儀 （由光電檢測裝置和實驗儀主機兩部分組成）光電檢測裝置包括：光電管暗箱GDX-1 高壓汞燈箱 GDX-2 高壓汞燈電源GDX-3 和實驗基準平臺 GDX-4 實驗主機為： GD-4 型光電效應 （

3、普朗克常數 ）實驗 儀，該儀器包含有微電流放大器和掃描電壓源發生器兩部分組成的整體儀器。1【實驗原理】1、普朗克常數的測定根據愛因斯坦的光電效應方程：Ep 二 hv Ws（1）（其中： Ep 是電子的動能，hv 是光子的能量， v 是光的頻率， W s 是逸出功 , h 是 普朗克常量。 ）Ws 是材料本身的屬性，所以對于同一種材料Ws 是一樣的。當光子的能量 hv ：Ws 時不能產生光電子，即存在一個產生光電效應的截止頻率v0（ v°=Ws/h ）。實驗中：將A 和 K 間加上反向電壓UKA（A 接負極 ）,它對光電子運動起減速?，到達陽極的光電子的數目相應減少，光電流減小。當UK

4、A =US 時，作用 隨著反向電壓的增加光電流降為零，此時光電子的初動能全部用于克服反向電場的作用。即：eUs 二 Ep（ 2）這時的反向電壓叫截止電壓。入射光頻率不同時，截止電壓也不同。將（2）式代入（ 1）式，得：U s = ? （ v -v °）（ ）3e（其中 vo 二 Ws /h ）式中 h、 e 都是常量，對同一光電管vo 也是常量，實驗中測量不同頻率下的 U s，做出 Us -v 曲線。在（ 3）式得到滿足的條件下，這是一條直線。若電子電荷e 已知，由斜率k = h 可以求出普朗克常數h。由直線上的截距可e以求出溢出功Ws ，由直線在v 軸上的截距可以求出截止頻率vo。

5、如圖（ 2）所示2、測量光電管的伏安特性曲線在照射光的強度一定的情況下，光電管中的電流 I與光電管兩端的電壓UAK 之間存在著一定的關系。理想曲線與實驗曲線有所不同，原因有： 光電管的陰極采用逸出電勢低的材料制成，這種材料即使在高真空中也有易氧化的趨向，使陰極表面各處的逸出電勢不盡相等，同時，逸出具有最大動能的光電子數目大為減少。隨著反向電壓的增高 ,光電流不是陡然截止，而是較快降低后平緩的趨近零點。2陽極是用逸出電勢較高的鉑鎢等材料做成，本來只有用遠紫外線照射才能逸出光電子，因為施加在光電管上的外電場對于這些光電子來說正是一個加速電場，使得發射的光電子由陽極飛向陰極，構成反向電流。暗合中的光

6、電管即使沒有用光照射，在外加電壓下也會有微弱的電流流通，稱做暗電流，其主要原因是極間絕緣電阻漏電（包括管座以及玻璃殼內外表面的漏電）、陰極在常溫下的熱電子輻射等。暗電流與外加電壓基本成線性關系。【實驗內容及要求】1 將儀器的連線接好；2、經老師確認后，接通電源預熱儀器20 分鐘；3、熟悉儀器，進行一些簡單的操作，并將儀器調零；4、普朗克常數的測定選定某一光闌孔徑為門的光闌（記錄其數值），在不改變光源與光電管之間的距離 L 的情況下，選用不同濾色片（分別有 為 365.0nm ，404.7nm ， 435.8nm ， 546.1nm ，577.0nm ），調節光電管兩端的電壓U AK，使得光電管

7、中的電流為0, 將此時光電管兩端的電壓表示為Us （稱為截止電壓），將其記錄下來；5、測量光電管的伏安特性曲線觀察 5 條譜線在同一光闌孔徑為（記錄其數值），在不改變光源與光電管之間的距離L （記錄其數值）的情況下，改變光電管兩端的電壓UAK （范圍在-1? 50V ），記錄電壓UAK 和對應的光電流 I。6、驗證飽和電流與入射光強度成正比：確定入射光波長 （記錄其數值）、光源與光電管之間的距離L （記錄其數值）以及光電管兩端的電壓 UAK （一般為 50V, 這時認為光電管中的電流已達到最大值，即為飽和電流lm ），改變光闌孔徑 （分別為： 2mm ， 4mm ， 8mm ），記錄對應的飽和

8、光電流lm ；7、整理實驗儀器結束實驗時，要將實驗儀器按原樣擺放好；【數據的測量與處理】31、普朗克常數h、溢出功 Ws、截止頻率 v0 的測定表一、U0-v 關系光闌孔 門 = mm4入射光波長 （ nm ）對應頻率”14v10 Hz ）截止電壓 U s365.0404.7435.8546.1577.08.2147.4086.8795.4905.196要求：根據表一的實驗數據作圖像Uo-V ，求出 Uo-V 直線的斜率k，即可用 h = ek 求出普朗克常數h，并用普朗克常數的公認值ho 比較實驗相對誤差E 二 口°，式ho中 e=1.602 10 19 C，ho =6.62 10

9、 ；4JS 。由直線上的截距可以求出溢出功Ws，由直線在 v 軸上的截距可以求出截止頻率Vo。k =h 二 ek 二Ws = _' -o 二 _2、測光電管的伏安特性曲線表二、 I -U AK二nm= mm ，L= mmUAK (V)1234567891011121314151617I("0 -10A)UAK (V)1819202122232425262728293031323334I(x10 -10 A)UAK (V)35363738394041424344454647484950I(x10 -10 A)要求：在坐標紙上繪出I -UAK 關系曲線，并描述其特點53、驗證飽和電流與入射光強度成正比表三、 I M - P （ P 為光的強度）關系UAK 二 50V， nm ， L 二 mm光闌孔 （mm ）24IM（咒10-10 A）要求：作圖分析實驗數據（提示：IM 與: ?： 2 成正比例）【實驗思考題】1、 光電效應有哪些規律，愛因斯坦方程的物理意義是什么？2、光電管的陰極上均勻涂有逸出功