光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告5300字

北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告光電效應(yīng)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?）了解光電效應(yīng)的規(guī)律，加深對光的量子性的認(rèn)識。（2）測量普朗克常量h。【實(shí)驗(yàn)儀器】ZKY-GD-4光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀，其組成為：微電流放大器，光電管工作電源，光電管，濾色片，汞燈。如下圖所示。【實(shí)驗(yàn)原理】光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。入射光照射到光電管陰極K上，產(chǎn)生的光電子在電場的作用下向陽極A遷移構(gòu)成光電流，改變外加電壓，測量出光電流I的大小，即可得出光電管的伏安特性曲線。光電效應(yīng)的基本實(shí)驗(yàn)事實(shí)如下：（1）對應(yīng)于某一頻率,光電效應(yīng)的I-有一電壓U0,當(dāng)電壓。(2)當(dāng)成正比。≧≦關(guān)系如圖2所示。從圖中可見，對一定的頻率，時(shí)，電流為零，這個(gè)相對于陰極的負(fù)值的陽極電壓U0，被稱為截止后，I迅速增加，然后趨于飽和，飽和光電流IM的大小與入射光的強(qiáng)度P北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告(3)對于不同頻率的光，其截止電壓的值不同，如圖3所示。(4)截止電壓U0與頻率的關(guān)系如圖4所示，與成正比。當(dāng)入射光頻率低于某極限值生。（隨不同金屬而異）時(shí)，不論光的強(qiáng)度如何，照射時(shí)間多長，都沒有光電流產(chǎn)(5)光電效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)。即使入射光的強(qiáng)度非常微弱，只要頻率大于，在開始照射后立即有光電子產(chǎn)生，所經(jīng)過的時(shí)間至多為秒的數(shù)量級。按照愛因斯坦的光量子理論，光能并不像電磁波理論所想象的那樣，分布在波陣面上，而是集中在被稱之為光子的微粒上，但這種微粒仍然保持著頻率（或波長）的概念，頻率為的光子具有能量E=h，h為普朗克常數(shù)。當(dāng)光子照射到金屬表面上時(shí)，一次被金屬中的電子全部吸收，而無需積累能量的時(shí)間。電子把這能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引力，余下的就變?yōu)殡娮与x開金屬表面后的動(dòng)能，按照能量守恒原理，愛因斯坦提出了著名的光電效應(yīng)方程：（1）式中，A為金屬的逸出功，為光電子獲得的初始動(dòng)能。由該式可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能越大，所以即使陽極電位比陰極電位低時(shí)也會(huì)有電子落入陽極形成光電流，直至陽極電位低于截止電壓，光電流才為零，此時(shí)有關(guān)系：（2）陽極電位高于截止電壓后，隨著陽極電位的升高，陽極對陰極發(fā)射的電子的收集作用越強(qiáng)，光電流隨之上升；當(dāng)陽極電壓高到一定程度，已把陰極發(fā)射的光電子幾乎全收集到陽極，再增加時(shí)I不再變化，光電流出現(xiàn)飽和，飽和光電北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告流的大小與入射光的強(qiáng)度P成正比。光子的能量<A時(shí)，電子不能脫離金屬，因而沒有光電流產(chǎn)生。產(chǎn)生光電=A/h。效應(yīng)的最低頻率（截止頻率）是將(2)式代入(1)式可得：（3）此式表明截止電壓是頻率的線性函數(shù)，直線斜率k=h/e，只要用實(shí)驗(yàn)方法得出不同的頻率對應(yīng)的截止電壓，求出直線斜率，就可算出普朗克常數(shù)h。愛因斯坦的光量子理論成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1、測試前準(zhǔn)備1）將實(shí)驗(yàn)儀及汞燈電源接通（汞燈及光電管暗盒遮光蓋蓋上），預(yù)熱20min。2）調(diào)整光電管與汞燈距離為約40cm并保持不變。3）用專用連接線將光電管暗箱電壓輸入端與實(shí)驗(yàn)儀電壓輸出端（后面板上）連接起來（紅—紅，藍(lán)—藍(lán)）。4）將“電流量程”選擇開關(guān)置于所選檔位，進(jìn)行測試前調(diào)零。調(diào)零時(shí)應(yīng)將光電管暗盒電流輸出端K與實(shí)驗(yàn)儀微電流輸入端（后面板上）斷開，且必須斷開連線的實(shí)驗(yàn)儀一端。旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”旋鈕使電流指示為000.0。5）調(diào)節(jié)好后，用高頻匹配電纜將電流輸入連接起來，按“調(diào)零確認(rèn)/系統(tǒng)清零”鍵，系統(tǒng)進(jìn)入測試狀態(tài)。如果要?jiǎng)討B(tài)顯示采集曲線，需將實(shí)驗(yàn)儀的“信號輸出”端口接至示波器的“Y”輸入端，“同步輸出”端口接至示波器的“外觸發(fā)”輸入端。示波器“觸發(fā)源”開關(guān)撥至“外”，“Y衰減”旋鈕撥至約“1V/格”，“掃描時(shí)間”旋鈕撥至約“20μs/格”。此時(shí)示波器將用輪流掃描的方式顯示5個(gè)存儲(chǔ)區(qū)中存儲(chǔ)的曲線，橫軸代表電壓2、測普朗克常數(shù)h：測量截止電壓時(shí)，“伏安特性測試/截止電壓測試”狀態(tài)鍵應(yīng)為截止電壓測試狀態(tài)，“電流量程”開關(guān)應(yīng)處于1）手動(dòng)測量①使“手動(dòng)/自動(dòng)”模式鍵處于手動(dòng)模式。②將直徑4mm的光闌及365.0nm的濾色片裝在光電管暗盒光輸入口上，打開汞燈遮光蓋。A檔。，縱軸代表電流I。北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告此時(shí)電壓表顯示的值，單位為伏；電流表顯示與對應(yīng)的電流值I，單位為所選擇的的值，→、←鍵用于選擇調(diào)節(jié)位，“電流量程”。用電壓調(diào)節(jié)鍵→、←、↑、↓可調(diào)節(jié)↑、↓鍵用于調(diào)節(jié)值的大小。③從低到高調(diào)節(jié)電壓（絕對值減?。?，觀察電流值的變化，尋找電流為零時(shí)對應(yīng)的以其絕對值作為該波長對應(yīng)的的值，并將數(shù)據(jù)記于表1中。為盡快找到，的值，調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)從高位到低位，先確定高位的值，再順次往低位調(diào)節(jié)。④依次換上365.0nm，435.8nm，546.1nm，404.7nm的濾色片，重復(fù)以上測量步驟。2）自動(dòng)測量①按“手動(dòng)/自動(dòng)”模式鍵切換到自動(dòng)模式。此時(shí)電流表左邊的指示燈閃爍，表示系統(tǒng)處于自動(dòng)測量掃描范圍設(shè)置狀態(tài)，用電壓調(diào)節(jié)鍵可設(shè)置掃描起始和終止電壓。（注：顯區(qū)左邊設(shè)置起始電壓，右邊設(shè)置終止電壓）實(shí)驗(yàn)儀設(shè)有5個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)可存儲(chǔ)500組數(shù)據(jù)，由指示燈表示其狀態(tài)。燈亮表示該存儲(chǔ)區(qū)已存有數(shù)據(jù)，燈不亮為空存儲(chǔ)區(qū)，燈閃爍表示系統(tǒng)預(yù)選的或正在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)。②設(shè)置好掃描起始和終止電壓后，按動(dòng)相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)按鍵，儀器將先清除存儲(chǔ)區(qū)原有數(shù)據(jù)，等待約30秒，然后按4mV的步長自動(dòng)掃描，并顯示、存儲(chǔ)相應(yīng)的電壓、電流值。掃描完成后，儀器自動(dòng)進(jìn)入數(shù)據(jù)查詢狀態(tài)，此時(shí)查詢指示燈亮，顯示區(qū)顯示掃描起始電壓和相應(yīng)的電流值。用電壓調(diào)節(jié)鍵改變電壓值，就可查閱到在測試過程中，掃描電壓為當(dāng)前顯示值時(shí)相應(yīng)的電流值。讀取電流為零時(shí)對應(yīng)的數(shù)據(jù)記于表1中。表1U0—關(guān)系光闌孔Φ=mm，以其絕對值作為該波長對應(yīng)的U的值，并將按“查詢”鍵，查詢指示燈滅，系統(tǒng)回復(fù)到掃描范圍設(shè)置狀態(tài)，可進(jìn)行下一次測量。將儀器與示波器連接，可觀察到為負(fù)值時(shí)各譜線在選定的掃描范圍內(nèi)的伏安特性曲線。3、測光電管的伏安特性曲線：此時(shí)，將“伏安特性測試/截止電壓測試”狀態(tài)鍵切換至伏安特性測試狀態(tài)。“電流量程”開關(guān)應(yīng)撥至A檔，并重新調(diào)零。將直徑4mm的光闌及所選譜線的濾色片裝在光電管暗盒光輸入口上。測伏安特性曲線可北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告選用“手動(dòng)/自動(dòng)”兩種模式之一，測量的最大范圍為-1～50V。手動(dòng)測量時(shí)每隔0.5V記錄一組數(shù)據(jù)，自動(dòng)測量時(shí)步長為1V。記錄所測及I的數(shù)據(jù)。①從低到高調(diào)節(jié)電壓，記錄電流從零到非零點(diǎn)所對應(yīng)的電壓值并作為第一組數(shù)據(jù)，以后電壓沒變化一定值（可選為1V）記錄一組數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)記錄表中。換上546nm的濾色片，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。②在為50V時(shí)，將儀器設(shè)置為手動(dòng)模式，測量記錄同一譜線、同一入射距離、光闌分別為2mm,4mm,8mm時(shí)對應(yīng)的電流值于數(shù)據(jù)記錄表中。③在為50V時(shí)，將儀器設(shè)置為手動(dòng)模式，測量并記錄同一譜線、同一光闌、不同入射距離時(shí)對應(yīng)的電流值于數(shù)據(jù)記錄表中?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理】（1）求普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)據(jù)如下表所示：光纜孔??4mm與關(guān)系數(shù)據(jù)記錄表由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的截止電壓U0與光頻率的關(guān)系如下圖所示：截止電壓與光頻率的關(guān)系曲線北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告由h可知，上述直線的斜率為，則普朗克常量為：e?14h?0.3746?10?1.602?10?19J?s?6.0?10?14J?s而由最小二乘法的得到的斜率的標(biāo)準(zhǔn)差為sb?0.013945，則可知所求的普朗克常量h的不確定度為：Uh?eUb?et0.95(3)?sb?1.602?10?19?3.18?0.013945?10?14?0.7?10?34J?s測得的普朗克常量h與公認(rèn)值h0的相對誤差為：h?h06.0?10?34J?s?6.626?10?34J?sE????0.094h06.626?10?34J?s實(shí)驗(yàn)得到的普郎克常數(shù)為：h?(6.0?0.7)?10?34J?s。（2）做出兩種波長及光強(qiáng)的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)中，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表如下：對于435.8nm的濾色片，入射距離L=400mm,光闌4nm，數(shù)據(jù)記錄為：I?UAK關(guān)系北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告對于546.1nm的濾色片，入射距離L=400mm,光闌4nm，數(shù)據(jù)記錄為：I?UAK關(guān)系由實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)繪制出的兩種波長及光強(qiáng)的伏安特性曲線如下：不同波長及光強(qiáng)下的伏安特性曲線北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告（3）由于照到光電管上的光強(qiáng)與光闌面積成正比，用②中數(shù)據(jù)驗(yàn)證光電管的飽和光電流與入射光強(qiáng)成正比；同樣用③中數(shù)據(jù)驗(yàn)證光電流與入射光強(qiáng)成正比。對于實(shí)驗(yàn)②：在為50V時(shí)，將儀器設(shè)置為手動(dòng)模式，測量記錄同一譜線、同一入射距離、光闌分別為2mm,4mm,8mm時(shí)對應(yīng)的電流值，數(shù)據(jù)記錄表如下：IM?P關(guān)系UAK?50VL?400nm由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到飽和光電流與光闌面積的關(guān)系曲線如下：飽和光電流I與光闌面積S的關(guān)系曲線圖由圖可知，飽和光電流I與光闌面積S在入射光波長不變時(shí)成正比例關(guān)系，而光強(qiáng)又與光闌面積成正比，從而驗(yàn)證了光電管的飽和電流與入射光強(qiáng)成正比。對于實(shí)驗(yàn)③，在為50V時(shí)，將儀器設(shè)置為手動(dòng)模式，測量并記錄同一譜線、同一光闌、不同入射距離時(shí)對應(yīng)的電流值，來驗(yàn)證光電流與入射光強(qiáng)成正比。數(shù)據(jù)記錄表如下：北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告IM?P關(guān)系UAK?50VL?400nm對于光闌面積S不變時(shí)，由于入射距離的變化，使同一波長光的光強(qiáng)發(fā)生改變。嘗試將光源看做點(diǎn)光源，其發(fā)出的光為球狀，則一定距離處的光強(qiáng)與距離的平方成反比，與距離的平方分之一成正比。若要驗(yàn)證光電流與入射光強(qiáng)成正比，可通過驗(yàn)證光電流與距離的平方分之一成線性關(guān)系而間接征得。根據(jù)IM?P關(guān)系，得到光電流與距離的平方分之一的關(guān)系曲線如圖所示:光電流強(qiáng)度與入射距離平方分之一的關(guān)系曲線由圖可知，其間關(guān)系在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，較好的符合了某種線性關(guān)系，證明了這種假設(shè)具有成立的可能性。從而也證明了光電流與入射光強(qiáng)成正比。【實(shí)驗(yàn)分析與誤差討論】1、陽極反向電流，暗電流，本底電流如何影響測量結(jié)果？答：陽極反向電流是由于光電管制造時(shí)由于光電管陽極沾上少數(shù)陰極材料，則在入射光照射或入射光從陰極反射到陽極后都會(huì)造成陽極電子發(fā)射。當(dāng)值為為負(fù)值時(shí)，陽極發(fā)射北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告的電子向陰極遷移形成陽極反向電流，從而當(dāng)實(shí)驗(yàn)中測得電流為零時(shí)，對應(yīng)的電壓，對實(shí)驗(yàn)造成誤差。并非截止而對于暗電流和本底電流是熱激發(fā)產(chǎn)生的光電流和雜質(zhì)光散射光電管產(chǎn)生的光電流。它們的影響是：若產(chǎn)生的光電子的初動(dòng)能大于光照產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能，則會(huì)使測得的的絕對值增大。2、在該實(shí)驗(yàn)中可能存在的誤差有：（1）在實(shí)際的測量中，由于光電管的陽極電流、暗電流、本底電流及電極間接觸電壓的影響，給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來誤差。（2）實(shí)驗(yàn)中濾色片有一定的狹縫寬度，濾色片產(chǎn)生的光并不完全是單一的濾色光。（3）實(shí)驗(yàn)中以汞燈作為光源，而汞燈在交變電壓變化的情況下并不能完全穩(wěn)定，產(chǎn)生的光也不穩(wěn)定。（4）在讀數(shù)時(shí)，由于產(chǎn)生的光電流的變化，儀器示數(shù)會(huì)有微小的跳動(dòng)，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。（5）裝有陰極管的暗箱封閉不嚴(yán)，可能會(huì)受到雜光的影響?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】1、實(shí)驗(yàn)測得的普朗克常量為h?(6.0?0.7)?10的相對誤差為-9.4%。2、由實(shí)驗(yàn)得到的伏安特性曲線可知，在光電效應(yīng)中，隨著光電管兩側(cè)正向電壓的增大，光電流增大速度越來越慢，光電流的值逐漸趨于穩(wěn)定，即飽和光電流。而隨著反向截止電壓的增大，光電流逐漸變?yōu)榱?。而光電流剛好為零時(shí)的電壓成為反向截止電壓。且波長短的光頻率大，對應(yīng)的光飽和電流的值越大，反向截止電壓的值也越大。3、在光電效應(yīng)中，光電管的飽和光電流與入射光強(qiáng)成正比，而且當(dāng)光強(qiáng)相等時(shí)，波長越短，頻率越大的光，產(chǎn)生的飽和光電流越大。并且在光電效應(yīng)中，光電流與入射光強(qiáng)成正比，而光強(qiáng)可能與入射距離的平方成反比關(guān)系，但不能確切認(rèn)定這一點(diǎn)。?34J?s，與公認(rèn)值h0?6.626?10?34J?s

第二篇：光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告5400字一、引言當(dāng)光束照射到金屬表面時(shí)，會(huì)有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象被稱之為“光電效應(yīng)”。對于光電效應(yīng)的研究，使人們進(jìn)一步認(rèn)識到光的波粒二象性的本質(zhì)，促進(jìn)了光的量子理論的建立和近代物理學(xué)的發(fā)展。現(xiàn)在觀點(diǎn)效應(yīng)以及基于其理論所制成的各種光學(xué)器件已經(jīng)廣泛用于我們的生產(chǎn)生活、科研、國防軍事等領(lǐng)域。所以在本實(shí)驗(yàn)中，我們利用光電效應(yīng)測試儀對愛因斯坦的方程進(jìn)行驗(yàn)證，并且測出普朗克常量，了解并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)光電效應(yīng)的各種實(shí)驗(yàn)規(guī)律，加深對光的粒子性的認(rèn)識。二、實(shí)驗(yàn)原理1.光電效應(yīng)就是在光的照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子背光激發(fā)出來形成電流的現(xiàn)象；量子性則是源于電磁波的發(fā)射和吸收不連續(xù)而是一份一份地進(jìn)行，每一份能量稱之為一個(gè)能量子，等于普朗克常數(shù)乘以輻射電磁波的頻率，即E=h*f（f表示光子的頻率）。2.本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理圖如右圖所示，用光強(qiáng)度為P的單色光照射光電管陰極K,陰極釋放出的電子在電源產(chǎn)生的電場的作用下加速向A移動(dòng)，在回路中形成光電流，光電效應(yīng)有以下實(shí)驗(yàn)規(guī)律；1)在光強(qiáng)P一定時(shí)，隨著U的增大，光電流逐漸增大到飽和，飽和電流與入射光強(qiáng)成正比。2)在光電管兩端加反向電壓是，光電流變小，在理想狀態(tài)下，光電流減小到零時(shí)說明電子無法打到A,此時(shí)eUo=1/2mv^2。3)改變?nèi)肷涔忸l率f時(shí)，截止電壓Uo也隨之改變，Uo與f成線性關(guān)系，并且存在一個(gè)截止頻率fo,只有當(dāng)f>fo時(shí),光電效應(yīng)才可能發(fā)生，對應(yīng)波長稱之為截止波長（紅限），截止頻率還與fo有關(guān)。4)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程：hf=1/2m(Vm)^2+W,其中W為電子脫離金屬所需要的功，即逸出功，與2)中方程聯(lián)立得：Uo=hf/e–W/e。光電效應(yīng)原理圖物理實(shí)驗(yàn)（上）3.光闌：光具組件中光學(xué)元件的邊緣、框架或特別設(shè)置的帶孔屏障稱為光闌，光學(xué)系統(tǒng)中能夠限制成像大小或成像空間范圍的元件。簡單地說光闌就是控制光束通過多少的設(shè)備。主要用于調(diào)節(jié)通過的光束的強(qiáng)弱和照明范圍。三、實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)裝置光電管、高壓汞燈（帶電源），光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀，導(dǎo)軌，濾色片（紫外365nm，紫404.7nm，藍(lán)435.8nm，綠546.1nm,黃577nm），孔徑光闌（2mm,4mm,8mm）;實(shí)驗(yàn)裝置的圖像已在預(yù)習(xí)報(bào)告中給出。實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)開始時(shí)開始把汞燈打開，用蓋子蓋好；實(shí)驗(yàn)1：測量普朗克常數(shù)h;1)將4mm的光圈放在光電管的入射孔，放好577nm的濾色片，將電壓調(diào)為0V，將電壓按鍵置于-2V——+2V檔，將“電流量程”選擇開關(guān)置于10^-13檔，將測試儀電流輸入電纜線斷開，調(diào)零后重新接上；2)記錄此時(shí)的電流表示數(shù)為0.6*10^-13，減小電壓發(fā)現(xiàn)此電壓略有變小在-1.9V時(shí)示數(shù)為-2.1（量程不變）,增大電壓到1.5V時(shí)電流表示數(shù)為-0.4；3)打開高壓汞燈的蓋子，發(fā)現(xiàn)電流為正，之后減小電壓至光電流為零，遮光后觀察此時(shí)電流表示數(shù)在-0.8~-0.9跳動(dòng)，而后打開蓋子，減小電壓至電流表示數(shù)為-0.9，此時(shí)有無光電流表示數(shù)不變，此時(shí)的電壓即為截止電壓。4)更換不同波長的濾色片，按照以上的方法測出相應(yīng)波長下的截止電壓，并記錄；由數(shù)據(jù)擬合出截止電壓與入射光頻率的關(guān)系，并計(jì)算普朗克常量h。實(shí)驗(yàn)2：測量光電管的伏安特性曲線；1)將電壓按鍵置于-2V——+2V檔；將“電流量程”選擇開關(guān)置于10^-13A檔位，將測試儀電流輸入電纜線斷開，調(diào)零后重新接上。2)選用4mm的光闌及546.1的濾色片，由于-2V-----+2V檔之間電流變化較快，故在此區(qū)間內(nèi)多去一些數(shù)據(jù)點(diǎn)（約0.15V一個(gè)）；測量至U=-0.006V時(shí)由于更換電流表量程至10^-12A，故重新進(jìn)行調(diào)零；在U=2.4V時(shí)更換電壓表量程至-2V-----+30V，再次調(diào)零；此時(shí)逐漸增大數(shù)光電效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)（上）據(jù)點(diǎn)的間隔（3V一個(gè)）；在U=4.0V時(shí)更換電流表量程至10^-11A，再次調(diào)零；3)依次記錄以上數(shù)據(jù)到表格中，并且描繪出其變化曲線；實(shí)驗(yàn)3：入射光的波長與光電流大小的變化關(guān)系;1)根據(jù)伏安特性曲線將電壓控制在5.0V，原因在于此時(shí)電流值處于比較合適的位置，更換光闌時(shí)不會(huì)造成電流表量程的改變，減少了改變量程要調(diào)零的麻煩；2)將電壓表量程置于-2V-----+30V，根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果將電流表量程調(diào)至10^-11A，將測試儀電流輸入電纜線斷開，調(diào)零后重新接上。3)選取546.1nm的濾色片，5.0V的電壓，更換不同口徑的光闌以改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，并且記錄光闌口徑與對應(yīng)的光電流的值；擬合出口徑面積與光電流的關(guān)系圖像。實(shí)驗(yàn)4：研究入射光波長與光電流的關(guān)系；1)選取4mm的光闌，將電壓表量程置于-2V-----+30V,電壓設(shè)于4.0V,電流表量程置于10^-11A，將測試儀電流輸入電纜線斷開，調(diào)零后重新接上。2)依次更換不同波長的濾光片，記錄相應(yīng)濾光片下的光電流的大小，根據(jù)數(shù)據(jù)描出數(shù)據(jù)點(diǎn)，觀察入射光波長與光電流的關(guān)系。選做實(shí)驗(yàn)：分別改變波長（光闌4mm,濾光片365nm），改變光闌直徑（光闌2mm，濾光片546.1nm）而后按照實(shí)驗(yàn)2中的測量記錄數(shù)據(jù)的方法，記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)并繪出其伏安特性曲線，并適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行對比四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)1：以下為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄表格及擬合出的Uo~f曲線：光電效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)（上）右圖即為Uo~f的擬合曲線，擬合方程為Uo=4.23E-15*f+1.63,擬合系數(shù)為0.9991，其中斜率的不確定度為6*E-17，截距的不確定度為0.04,對應(yīng)于愛因斯坦方程Uo=(h/e)f-W/e得到h=（6.77+-0.06）*10^-34。U(V)實(shí)驗(yàn)2：以下為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄表格及電管的伏安特性曲線；f(Hz)光光電效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)（上）右圖即為光闌：4mm光波長：546.1nm時(shí)光電管的伏安特性曲線，由圖表可知，在電壓由-2到-0.8左右之間I(A)變化時(shí)光電流基本不變，而后到3V都成指數(shù)快速上漲，從4V開始光電流的增長逐漸變得緩慢，到25V以后光電流的值基本處實(shí)驗(yàn)3：U(V)于平穩(wěn)；右圖為光闌面積與光電流的關(guān)系，光闌是控制光束通過多少的設(shè)備，故光束通過多少應(yīng)該與光闌面積成正比，以光闌面積來代替光強(qiáng)得到右圖所示關(guān)系，擬合方程為I=kS,得到的方程為I=2.05E-11*S,擬合度為0.99992，斜率不確定度為0.01E-11；實(shí)驗(yàn)4：數(shù)據(jù)及散點(diǎn)圖如下：I(A)S(mm^2)光電效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)（上）I(A)A(nm)由上面的數(shù)據(jù)及散點(diǎn)圖發(fā)現(xiàn)光波長與光電流并沒有簡單的變化關(guān)系，但總體趨勢是隨著波長的增大，光電流先減小后增大，然后再減小。選做實(shí)驗(yàn)：本實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)二的內(nèi)容相同，結(jié)果也都是先基本不變，而后指數(shù)增長，再增長減慢，最后趨于平穩(wěn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)表格都附于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的最后。五、討論和分析實(shí)驗(yàn)1：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合分析測得普朗克常量h=（6.77+-0.06）*10^-34,較普朗克常量的實(shí)際值6.626*10^-34偏大，產(chǎn)生誤差主要有以下幾個(gè)原因：1)測量截止電壓時(shí)雖然采用了補(bǔ)償法能將系統(tǒng)誤差控制在一個(gè)較小的范圍，但是由于光電效應(yīng)測試儀本身示數(shù)在不停跳動(dòng)，在一定時(shí)間上很難穩(wěn)定下來，而且照射高壓汞燈后電流的最小值明顯低于無光時(shí)的本底電流及暗電流，這對于截止電壓的測量都會(huì)造成一定的困難。2)我的實(shí)驗(yàn)器材中與導(dǎo)軌配套的高壓汞燈損壞，故配的是無導(dǎo)軌的高壓汞燈，在測量各波長對應(yīng)的截止電壓時(shí)，由于汞燈和光電管的相對位置不能固定，所以個(gè)測量條件有略微不同，會(huì)對截止電壓的測量造成一定的影響。實(shí)驗(yàn)2：本實(shí)驗(yàn)所得的伏安特性曲線大致滿足其應(yīng)有的變化關(guān)系，剛開始時(shí)由于電壓增大，被加速打到A的電子也就越來越多，但是由于光電效應(yīng)產(chǎn)生的電子有限，故當(dāng)電流增大到一定那個(gè)程度時(shí)速度放緩，并最終趨于平穩(wěn)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看我們的測量方法：在測量中我們分了兩段（-2V——+2V,+2V——+30V）來測量，原因就在與這兩段有著不同的變化趨勢，前面那段增長快故需要多取點(diǎn)提高精度，后面增長慢，故取點(diǎn)間隔相對較大。光電效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)（上）當(dāng)然所得的伏安特性曲線大致趨勢是對的，但是由圖看到所得的曲線不平滑，誤差主要有：1)在本實(shí)驗(yàn)中，光電流示數(shù)的跳動(dòng)尤為明顯都在當(dāng)時(shí)示數(shù)的正負(fù)5左右，所以讀數(shù)只能觀察一會(huì)兒取中間的數(shù)進(jìn)行讀取，這使得電流的讀數(shù)存在一定的問題。2)導(dǎo)軌的不存在對本實(shí)驗(yàn)的影響更要大一些，由于此實(shí)驗(yàn)要經(jīng)常更換量程，于是就要調(diào)零，調(diào)零就要碰到光電管，很容易使光電管位置發(fā)生移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)3：本實(shí)驗(yàn)中我們用光闌面積來衡量光的強(qiáng)度是存在問題的，光的強(qiáng)度只與它本身的振幅有關(guān)，而與其照射面積無關(guān)，故光闌只是增加了高壓汞燈在光電管上的照射面積，而沒增大光強(qiáng)度；故我們很容易理解，當(dāng)光照在光電管上時(shí)，其面積越大，產(chǎn)生光電效應(yīng)逸出的電子也就越多，從而在一個(gè)合適電壓的作用下，產(chǎn)生的電廠會(huì)使更多的電子移向A端，從而光電流也就相應(yīng)增大。當(dāng)然，雖然對于I~S的擬合度高達(dá)0.99992，但是由于實(shí)驗(yàn)中只有三種口徑的光闌，所以若想得到更加精確的證實(shí)，則需要增加光闌的口徑的種類來進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)4：按照實(shí)驗(yàn)理論來分析，在光照強(qiáng)度，電壓，及光闌口徑一定時(shí)當(dāng)波長越長時(shí)，其頻率越小，故光子能量越小，所以所激發(fā)出出的電子也就越小，故光電流的總體趨勢應(yīng)該是隨著波長的增大而減??；但是所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是先減小后增大再減小，原因就在于高壓汞燈上面，由于高壓汞燈是由各種波長的光組合而成的，每一種波長的光的比例并不均勻，在436nm的藍(lán)光處又增加的原因就在于高壓汞燈內(nèi)部藍(lán)光波長所占的比例較大，所以436nm濾色片時(shí)，藍(lán)光的入射強(qiáng)度相對于其他波長的光就較強(qiáng)；也就是汞燈中各波長的光分布不均勻且藍(lán)光所占比重較大，導(dǎo)致了光電流隨著波長的增大，先減小后增大再減小的現(xiàn)象。選做實(shí)驗(yàn)：我將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)所得到的伏安特性曲線（圖表見報(bào)告尾頁）分別與實(shí)驗(yàn)二的曲線進(jìn)行對比，大致得到如下結(jié)果：1)保持波長不變，改變光闌口徑時(shí)，光電管的伏安特性曲線的變化趨勢沒有發(fā)生變化，但是總體的伏安特性曲線的電流值相對較小，這與實(shí)驗(yàn)3中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相符合的；光電效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)（上）2)保持光闌口徑不變，改變光波長至365nm，得到的伏安特性曲線變化趨勢也大致相同，但是總體曲線相對來說比較平穩(wěn)，其增加階段的速率相對較??；改進(jìn)建議：1)首先在利用補(bǔ)償法測量截止電壓時(shí)，可將實(shí)驗(yàn)速度放慢，多進(jìn)行幾次補(bǔ)償以提高截止電壓的測量精度；2)其次，對于實(shí)驗(yàn)儀器也應(yīng)該有一定的改進(jìn)：更換新的電纜線以方便調(diào)零；對于沒有導(dǎo)軌的實(shí)驗(yàn)器材應(yīng)該更新增加導(dǎo)軌；增加光闌的口徑數(shù)目以對口徑與光強(qiáng)的關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。3)若要定性分析光強(qiáng)度與光電流的關(guān)系，可以在高壓汞燈剛打開時(shí)用調(diào)整好電壓，光闌口徑，及濾色片波長，觀察此時(shí)光電流的變化情況；此時(shí)汞燈強(qiáng)度逐漸增加，可以看到光電流也逐漸變大。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)1：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合曲線計(jì)算得到的普朗克常量的值h=(6.77+-0.06）*10^-34,與實(shí)際值6.626*10^-34相差不大，基本驗(yàn)證了愛因斯坦方程的正確性；實(shí)驗(yàn)2：隨著電壓的增大，光電流一直處于增加的狀態(tài)，先是基本不變，到達(dá)截止電壓后呈指數(shù)形式快速上漲，而后增加速率變緩，最后曲線趨于平穩(wěn)；后面的兩個(gè)選做實(shí)驗(yàn)也同樣驗(yàn)證了以上伏安特性曲線的變化趨勢；實(shí)驗(yàn)3：光電流的大小與光闌的面積成正比，光闌面積越大，射入光電管的光也就越多，故而光電流越大；但此實(shí)驗(yàn)沒有說明光電流與光強(qiáng)度的關(guān)系，若要定性得到光強(qiáng)度與光電流的關(guān)系，可以按照改進(jìn)建議中的3）來進(jìn)行觀察；實(shí)驗(yàn)4：光電流隨光波長的先減小后增大再減小，經(jīng)分析得到的一個(gè)比較重要的結(jié)論就是高壓汞燈所含的各種波長的光不均勻，且在436nm藍(lán)光左右時(shí)所占比重最大；實(shí)際中在各波長光強(qiáng)度相同的情況下，波長越長，光電流應(yīng)越??；選做實(shí)驗(yàn)：光電管的伏安特性曲線與光闌直徑及光波波長都沒有太大關(guān)系，變化趨勢都相同；但是，不同波長的光波下的伏安特性曲線的變化幅度略有不同，有實(shí)驗(yàn)比較得波長較大曲線相對較陡，變化幅度較大，而波長小的則較為平緩；而2mm光闌的則是光電流總體變小，但是變化趨勢與4mm光闌的相同。光電效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)（上）附：選做實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其圖像1.40E-010I(A)7.00E-0110.00E+000U(V)光電效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)（上）1.40E-008I(A)7.00E-0090.00E+000U(V)光電效應(yīng)＋光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告發(fā)表于：2023.1.16來自：字?jǐn)?shù)：5307手機(jī)看范文北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告光電效應(yīng)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?）了解光電效應(yīng)的規(guī)律，加深對光的量子性的認(rèn)識。（2）測量普朗克常量h。【實(shí)驗(yàn)儀器】ZKY-GD-4光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀，其組成為：微電流放大器，光電管工作電源，光電管，濾色片，汞燈。如下圖所示。【實(shí)驗(yàn)原理】光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。入射光照射到光電管陰極K上，產(chǎn)生的光電子在電場的作用下向陽極A遷移構(gòu)成光電流，改變外加電壓，測量出光電流I的大小，即可得出光電管的伏安特性曲線。光電效應(yīng)的基本實(shí)驗(yàn)事實(shí)如下：（1）對應(yīng)于某一頻率,光電效應(yīng)的I-有一電壓U0,當(dāng)電壓。(2)當(dāng)成正比。≧≦關(guān)系如圖2所示。從圖中可見，對一定的頻率，時(shí)，電流為零，這個(gè)相對于陰極的負(fù)值的陽極電壓U0，被稱為截止后，I迅速增加，然后趨于飽和，飽和光電流IM的大小與入射光的強(qiáng)度P北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告(3)對于不同頻率的光，其截止電壓的值不同，如圖3所示。(4)截止電壓U0與頻率的關(guān)系如圖4所示，與成正比。當(dāng)入射光頻率低于某極限值生。（隨不同金屬而異）時(shí)，不論光的強(qiáng)度如何，照射時(shí)間多長，都沒有光電流產(chǎn)(5)光電效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)。即使入射光的強(qiáng)度非常微弱，只要頻率大于，在開始照射后立即有光電子產(chǎn)生，所經(jīng)過的時(shí)間至多為秒的數(shù)量級。按照愛因斯坦的光量子理論，光能并不像電磁波理論所想象的那樣，分布在波陣面上，而是集中在被稱之為光子的微粒上，但這種微粒仍然保持著頻率（或波長）的概念，頻率為的光子具有能量E=h，h為普朗克常數(shù)。當(dāng)光子照射到金屬表面上時(shí)，一次被金屬中的電子全部吸收，而無需積累能量的時(shí)間。電子把這能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引力，余下的就變?yōu)殡娮与x開金屬表面后的動(dòng)能，按照能量守恒原理，愛因斯坦提出了著名的光電效應(yīng)方程：（1）式中，A為金屬的逸出功，為光電子獲得的初始動(dòng)能。由該式可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能越大，所以即使陽極電位比陰極電位低時(shí)也會(huì)有電子落入陽極形成光電流，直至陽極電位低于截止電壓，光電流才為零，此時(shí)有關(guān)系：（2）陽極電位高于截止電壓后，隨著陽極電位的升高，陽極對陰極發(fā)射的電子的收集作用越強(qiáng)，光電流隨之上升；當(dāng)陽極電壓高到一定程度，已把陰極發(fā)射的光電子幾乎全收集到陽極，再增加時(shí)I不再變化，光電流出現(xiàn)飽和，飽和光電北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告流的大小與入射光的強(qiáng)度P成正比。光子的能量<A時(shí)，電子不能脫離金屬，因而沒有光電流產(chǎn)生。產(chǎn)生光電=A/h。效應(yīng)的最低頻率（截止頻率）是將(2)式代入(1)式可得：（3）此式表明截止電壓是頻率的線性函數(shù)，直線斜率k=h/e，只要用實(shí)驗(yàn)方法得出不同的頻率對應(yīng)的截止電壓，求出直線斜率，就可算出普朗克常數(shù)h。愛因斯坦的光量子理論成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1、測試前準(zhǔn)備1）將實(shí)驗(yàn)儀及汞燈電源接通（汞燈及光電管暗盒遮光蓋蓋上），預(yù)熱20min。2）調(diào)整光電管與汞燈距離為約40cm并保持不變。3）用專用連接線將光電管暗箱電壓輸入端與實(shí)驗(yàn)儀電壓輸出端（后面板上）連接起來（紅—紅，藍(lán)—藍(lán)）。4）將“電流量程”選擇開關(guān)置于所選檔位，進(jìn)行測試前調(diào)零。調(diào)零時(shí)應(yīng)將光電管暗盒電流輸出端K與實(shí)驗(yàn)儀微電流輸入端（后面板上）斷開，且必須斷開連線的實(shí)驗(yàn)儀一端。旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”旋鈕使電流指示為000.0。5）調(diào)節(jié)好后，用高頻匹配電纜將電流輸入連接起來，按“調(diào)零確認(rèn)/系統(tǒng)清零”鍵，系統(tǒng)進(jìn)入測試狀態(tài)。如果要?jiǎng)討B(tài)顯示采集曲線，需將實(shí)驗(yàn)儀的“信號輸出”端口接至示波器的“Y”輸入端，“同步輸出”端口接至示波器的“外觸發(fā)”輸入端。示波器“觸發(fā)源”開關(guān)撥至“外”，“Y衰減”旋鈕撥至約“1V/格”，“掃描時(shí)間”旋鈕撥至約“20μs/格”。此時(shí)示波器將用輪流掃描的方式顯示5個(gè)存儲(chǔ)區(qū)中存儲(chǔ)的曲線，橫軸代表電壓2、測普朗克常數(shù)h：測量截止電壓時(shí)，“伏安特性測試/截止電壓測試”狀態(tài)鍵應(yīng)為截止電壓測試狀態(tài)，“電流量程”開關(guān)應(yīng)處于1）手動(dòng)測量①使“手動(dòng)/自動(dòng)”模式鍵處于手動(dòng)模式。②將直徑4mm的光闌及365.0nm的濾色片裝在光電管暗盒光輸入口上，打開汞燈遮光蓋。A檔。，縱軸代表電流I。北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告此時(shí)電壓表顯示的值，單位為伏；電流表顯示與對應(yīng)的電流值I，單位為所選擇的的值，→、←鍵用于選擇調(diào)節(jié)位，“電流量程”。用電壓調(diào)節(jié)鍵→、←、↑、↓可調(diào)節(jié)↑、↓鍵用于調(diào)節(jié)值的大小。③從低到高調(diào)節(jié)電壓（絕對值減?。?，觀察電流值的變化，尋找電流為零時(shí)對應(yīng)的以其絕對值作為該波長對應(yīng)的的值，并將數(shù)據(jù)記于表1中。為盡快找到，的值，調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)從高位到低位，先確定高位的值，再順次往低位調(diào)節(jié)。④依次換上365.0nm，435.8nm，546.1nm，404.7nm的濾色片，重復(fù)以上測量步驟。2）自動(dòng)測量①按“手動(dòng)/自動(dòng)”模式鍵切換到自動(dòng)模式。此時(shí)電流表左邊的指示燈閃爍，表示系統(tǒng)處于自動(dòng)測量掃描范圍設(shè)置狀態(tài)，用電壓調(diào)節(jié)鍵可設(shè)置掃描起始和終止電壓。（注：顯區(qū)左邊設(shè)置起始電壓，右邊設(shè)置終止電壓）實(shí)驗(yàn)儀設(shè)有5個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)可存儲(chǔ)500組數(shù)據(jù)，由指示燈表示其狀態(tài)。燈亮表示該存儲(chǔ)區(qū)已存有數(shù)據(jù)，燈不亮為空存儲(chǔ)區(qū)，燈閃爍表示系統(tǒng)預(yù)選的或正在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)。②設(shè)置好掃描起始和終止電壓后，按動(dòng)相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)按鍵，儀器將先清除存儲(chǔ)區(qū)原有數(shù)據(jù)，等待約30秒，然后按4mV的步長自動(dòng)掃描，并顯示、存儲(chǔ)相應(yīng)的電壓、電流值。掃描完成后，儀器自動(dòng)進(jìn)入數(shù)據(jù)查詢狀態(tài)，此時(shí)查詢指示燈亮，顯示區(qū)顯示掃描起始電壓和相應(yīng)的電流值。用電壓調(diào)節(jié)鍵改變電壓值，就可查閱到在測試過程中，掃描電壓為當(dāng)前顯示值時(shí)相應(yīng)的電流值。讀取電流為零時(shí)對應(yīng)的數(shù)據(jù)記于表1中。表1U0—關(guān)系光闌孔Φ=mm，以其絕對值作為該波長對應(yīng)的U的值，并將按“查詢”鍵，查詢指示燈滅，系統(tǒng)回復(fù)到掃描范圍設(shè)置狀態(tài)，可進(jìn)行下一次測量。將儀器與示波器連接，可觀察到為負(fù)值時(shí)各譜線在選定的掃描范圍內(nèi)的伏安特性曲線。3、測光電管的伏安特性曲線：此時(shí)，將“伏安特性測試/截止電壓測試”狀態(tài)鍵切換至伏安特性測試狀態(tài)。“電流量程”開關(guān)應(yīng)撥至A檔，并重新調(diào)零。將直徑4mm的光闌及所選譜線的濾色片裝在光電管暗盒光輸入口上。測伏安特性曲線可北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告選用“手動(dòng)/自動(dòng)”兩種模式之一，測量的最大范圍為-1～50V。手動(dòng)測量時(shí)每隔0.5V記錄一組數(shù)據(jù)，自動(dòng)測量時(shí)步長為1V。記錄所測及I的數(shù)據(jù)。①從低到高調(diào)節(jié)電壓，記錄電流從零到非零點(diǎn)所對應(yīng)的電壓值并作為第一組數(shù)據(jù)，以后電壓沒變化一定值（可選為1V）記錄一組數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)記錄表中。換上546nm的濾色片，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。②在為50V時(shí)，將儀器設(shè)置為手動(dòng)模式，測量記錄同一譜線、同一入射距離、光闌分別為2mm,4mm,8mm時(shí)對應(yīng)的電流值于數(shù)據(jù)記錄表中。③在為50V時(shí)，將儀器設(shè)置為手動(dòng)模式，測量并記錄同一譜線、同一光闌、不同入射距離時(shí)對應(yīng)的電流值于數(shù)據(jù)記錄表中?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理】（1）求普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)據(jù)如下表所示：光纜孔??4mm與關(guān)系數(shù)據(jù)記錄表由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的截止電壓U0與光頻率的關(guān)系如下圖所示：截止電壓與光頻率的關(guān)系曲線北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告由h可知，上述直線的斜率為，則普朗克常量為：e?14h?0.3746?10?1.602?10?19J?s?6.0?10?14J?s而由最小二乘法的得到的斜率的標(biāo)準(zhǔn)差為sb?0.013945，則可知所求的普朗克常量h的不確定度為：Uh?eUb?et0.95(3)?sb?1.602?10?19?3.18?0.013945?10?14?0.7?10?34J?s測得的普朗克常量h與公認(rèn)值h0的相對誤差為：h?h06.0?10?34J?s?6.626?10?34J?sE????0.094h06.626?10?34J?s實(shí)驗(yàn)得到的普郎克常數(shù)為：h?(6.0?0.7)?10?34J?s。（2）做出兩種波長及光強(qiáng)的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)中，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表如下：對于435.8nm的濾色片，入射距離L=400mm,光闌4nm，數(shù)據(jù)記錄為：I?UAK關(guān)系北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告對于546.1nm的濾色片，入射距離L=400mm,光闌4nm，數(shù)據(jù)記錄為：I?UAK關(guān)系由實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)繪制出的兩種波長及光強(qiáng)的伏安特性曲線如下：不同波長及光強(qiáng)下的伏安特性曲線北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告（3）由于照到光電管上的光強(qiáng)與光闌面積成正比，用②中數(shù)據(jù)驗(yàn)證光電管的飽和光電流與入射光強(qiáng)成正比；同樣用③中數(shù)據(jù)驗(yàn)證光電流與入射光強(qiáng)成正比。對于實(shí)驗(yàn)②：在為50V時(shí)，將儀器設(shè)置為手動(dòng)模式，測量記錄同一譜線、同一入射距離、光闌分別為2mm,4mm,8mm時(shí)對應(yīng)的電流值，數(shù)據(jù)記錄表如下：IM?P關(guān)系UAK?50VL?400nm由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到飽和光電流與光闌面積的關(guān)系曲線如下：飽和光電流I與光闌面積S的關(guān)系曲線圖由圖可知，飽和光電流I與光闌面積S在入射光波長不變時(shí)成正比例關(guān)系，而光強(qiáng)又與光闌面積成正比，從而驗(yàn)證了光電管的飽和電流與入射光強(qiáng)成正比。對于實(shí)驗(yàn)③，在為50V時(shí)，將儀器設(shè)置為手動(dòng)模式，測量并記錄同一譜線、同一光闌、不同入射距離時(shí)對應(yīng)的電流值，來驗(yàn)證光電流與入射光強(qiáng)成正比。數(shù)據(jù)記錄表如下：北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告IM?P關(guān)系UAK?50VL?400nm對于光闌面積S不變時(shí)，由于入射距離的變化，使同一波長光的光強(qiáng)發(fā)生改變。嘗試將光源看做點(diǎn)光源，其發(fā)出的光為球狀，則一定距離處的光強(qiáng)與距離的平方成反比，與距離的平方分之一成正比。若要驗(yàn)證光電流與入射光強(qiáng)成正比，可通過驗(yàn)證光電流與距離的平方分之一成線性關(guān)系而間接征得。根據(jù)IM?P關(guān)系，得到光電流與距離的平方分之一的關(guān)系曲線如圖所示:光電流強(qiáng)度與入射距離平方分之一的關(guān)系曲線由圖可知，其間關(guān)系在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，較好的符合了某種線性關(guān)系，證明了這種假設(shè)具有成立的可能性。從而也證明了光電流與入射光強(qiáng)成正比?！緦?shí)驗(yàn)分析與誤差討論】1、陽極反向電流，暗電流，本底電流如何影響測量結(jié)果？答：陽極反向電流是由于光電管制造時(shí)由于光電管陽極沾上少數(shù)陰極材料，則在入射光照射或入射光從陰極反射到陽極后都會(huì)造成陽極電子發(fā)射。當(dāng)值為為負(fù)值時(shí)，陽極發(fā)射北京科技大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告的電子向陰極遷移形成陽極反向電流，從而當(dāng)實(shí)驗(yàn)中測得電流為零時(shí)，對應(yīng)的電壓，對實(shí)驗(yàn)造成誤差。并非截止而對于暗電流和本底電流是熱激發(fā)產(chǎn)生的光電流和雜質(zhì)光散射光電管產(chǎn)生的光電流。它們的影響是：若產(chǎn)生的光電子的初動(dòng)能大于光照產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能，則會(huì)使測得的的絕對值增大。2、在該實(shí)驗(yàn)中可能存在的誤差有：（1）在實(shí)際的測量中，由于光電管的陽極電流、暗電流、本底電流及電極間接觸電壓的影響，給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來誤差。（2）實(shí)驗(yàn)中濾色片有一定的狹縫寬度，濾色片產(chǎn)生的光并不完全是單一的濾色光。（3）實(shí)驗(yàn)中以汞燈作為光源，而汞燈在交變電壓變化的情況下并不能完全穩(wěn)定，產(chǎn)生的光也不穩(wěn)定。（4）在讀數(shù)時(shí)，由于產(chǎn)生的光電流的變化，儀器示數(shù)會(huì)有微小的跳動(dòng)，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。（5）裝有陰極管的暗箱封閉不嚴(yán)，可能會(huì)受到雜光的影響?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】1、實(shí)驗(yàn)測得的普朗克常量為h?(6.0?0.7)?10的相對誤差為-9.4%。2、由實(shí)驗(yàn)得到的伏安特性曲線可知，在光電效應(yīng)中，隨著光電管兩側(cè)正向電壓的增大，光電流增大速度越來越慢，光電流的值逐漸趨于穩(wěn)定，即飽和光電流。而隨著反向截止電壓的增大，光電流逐漸變?yōu)榱?。而光電流剛好為零時(shí)的電壓成為反向截止電壓。且波長短的光頻率大，對應(yīng)的光飽和電流的值越大，反向截止電壓的值也越大。3、在光電效應(yīng)中，光電管的飽和光電流與入射光強(qiáng)成正比，而且當(dāng)光強(qiáng)相等時(shí)，波長越短，頻率越大的光，產(chǎn)生的飽和光電流越大。并且在光電效應(yīng)中，光電流與入射光強(qiáng)成正比，而光強(qiáng)可能與入射距離的平方成反比關(guān)系，但不能確切認(rèn)定這一點(diǎn)。?34J?s，與公認(rèn)值h0?6.626?10?34J?s

第二篇：光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告5400字一、引言當(dāng)光束照射到金屬表面時(shí)，會(huì)有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象被稱之為“光電效應(yīng)”。對于光電效應(yīng)的研究，使人們進(jìn)一步認(rèn)識到光的波粒二象性的本質(zhì)，促進(jìn)了光的量子理論的建立和近代物理學(xué)的發(fā)展?，F(xiàn)在觀點(diǎn)效應(yīng)以及基于其理論所制成的各種光學(xué)器件已經(jīng)廣泛用于我們的生產(chǎn)生活、科研、國防軍事等領(lǐng)域。所以在本實(shí)驗(yàn)中，我們利用光電效應(yīng)測試儀對愛因斯坦的方程進(jìn)行驗(yàn)證，并且測出普朗克常量，了解并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)光電效應(yīng)的各種實(shí)驗(yàn)規(guī)律，加深對光的粒子性的認(rèn)識。二、實(shí)驗(yàn)原理1.光電效應(yīng)就是在光的照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子背光激發(fā)出來形成電流的現(xiàn)象；量子性則是源于電磁波的發(fā)射和吸收不連續(xù)而是一份一份地進(jìn)行，每一份能量稱之為一個(gè)能量子，等于普朗克常數(shù)乘以輻射電磁波的頻率，即E=h*f（f表示光子的頻率）。2.本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理圖如右圖所示，用光強(qiáng)度為P的單色光照射光電管陰極K,陰極釋放出的電子在電源產(chǎn)生的電場的作用下加速向A移動(dòng)，在回路中形成光電流，光電效應(yīng)有以下實(shí)驗(yàn)規(guī)律；1)在光強(qiáng)P一定時(shí)，隨著U的增大，光電流逐漸增大到飽和，飽和電流與入射光強(qiáng)成正比。2)在光電管兩端加反向電壓是，光電流變小，在理想狀態(tài)下，光電流減小到零時(shí)說明電子無法打到A,此時(shí)eUo=1/2mv^2。3)改變?nèi)肷涔忸l率f時(shí)，截止電壓Uo也隨之改變，Uo與f成線性關(guān)系，并且存在一個(gè)截止頻率fo,只有當(dāng)f>fo時(shí),光電效應(yīng)才可能發(fā)生，對應(yīng)波長稱之為截止波長（紅限），截止頻率還與fo有關(guān)。4)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程：hf=1/2m(Vm)^2+W,其中W為電子脫離金屬所需要的功，即逸出功，與2)中方程聯(lián)立得：Uo=hf/e–W/e。光電效應(yīng)原理圖物理實(shí)驗(yàn)（上）3.光闌：光具組件中光學(xué)元件的邊緣、框架或特別設(shè)置的帶孔屏障稱為光闌，光學(xué)系統(tǒng)中能夠限制成像大小或成像空間范圍的元件。簡單地說光闌就是控制光束通過多少的設(shè)備。主要用于調(diào)節(jié)通過的光束的強(qiáng)弱和照明范圍。三、實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)裝置光電管、高壓汞燈（帶電源），光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀，導(dǎo)軌，濾色片（紫外365nm，紫404.7nm，藍(lán)435.8nm，綠546.1nm,黃577nm），孔徑光闌（2mm,4mm,8mm）;實(shí)驗(yàn)裝置的圖像已在預(yù)習(xí)報(bào)告中給出。實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)開始時(shí)開始把汞燈打開，用蓋子蓋好；實(shí)驗(yàn)1：測量普朗克常數(shù)h;1)將4mm的光圈放在光電管的入射孔，放好577nm的濾色片，將電壓調(diào)為0V，將電壓按鍵置于-2V——+2V檔，將“電流量程”選擇開關(guān)置于10^-13檔，將測試儀電流輸入電纜線斷開，調(diào)零后重新接上；2)記錄此時(shí)的電流表示數(shù)為0.6*10^-13，減小電壓發(fā)現(xiàn)此電壓略有變小在-1.9V時(shí)示數(shù)為-2.1（量程不變）,增大電壓到1.5V時(shí)電流表示數(shù)為-0.4；3)打開高壓汞燈的蓋子，發(fā)現(xiàn)電流為正，之后減小電壓至光電流為零，遮光后觀察此時(shí)電流表示數(shù)在-0.8~-0.9跳動(dòng)，而后打開蓋子，減小電壓至電流表示數(shù)為-0.9，此時(shí)有無光電流表示數(shù)不變，此時(shí)的電壓即為截止電壓。4)更換不同波長的濾色片，按照以上的方法測出相應(yīng)波長下的截止電壓，并記錄；由數(shù)據(jù)擬合出截止電壓與入射光頻率的關(guān)系，并計(jì)算普朗克常量h。實(shí)驗(yàn)2：測量光電管的伏安特性曲線；1)將電壓按鍵置于-2V——+2V檔；將“電流量程”選擇開關(guān)置于10^-13A檔位，將測試儀電流輸入電纜線斷開，調(diào)零后重新接上。2)選用4mm的光闌及546.1的濾色片，由于-2V-----+2V檔之間電流變化較快，故在此區(qū)間內(nèi)多去一些數(shù)據(jù)點(diǎn)（約0.15V一個(gè)）；測量至U=-0.006V時(shí)由于更換電流表量程至10^-12A，故重新進(jìn)行調(diào)零；在U=2.4V時(shí)更換電壓表量程至-2V-----+30V，再次調(diào)零；此時(shí)逐漸增大數(shù)光電效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)（上）據(jù)點(diǎn)的間隔（3V一個(gè)）；在U=4.0V時(shí)更換電流表量程至10^-11A，再次調(diào)零；3)依次記錄以上數(shù)據(jù)到表格中，并且描繪出其變化曲線；實(shí)驗(yàn)3：入射光的波長與光電流大小的變化關(guān)系;1)根據(jù)伏安特性曲線將電壓控制在5.0V，原因在于此時(shí)電流值處于比較合適的位置，更換光闌時(shí)不會(huì)造成電流表量程的改變，減少了改變量程要調(diào)零的麻煩；2)將電壓表量程置于-2V-----+30V，根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果將電流表量程調(diào)至10^-11A，將測試儀電流輸入電纜線斷開，調(diào)零后重新接上。3)選取546.1nm的濾色片，5.0V的電壓，更換不同口徑的光闌以改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，并且記錄光闌口徑與對應(yīng)的光電流的值；擬合出口徑面積與光電流的關(guān)系圖像。實(shí)驗(yàn)4：研究入射光波長與光電流的關(guān)系；1)選取4mm的光闌，將電壓表量程置于-2V-----+30V,電壓設(shè)于4.0V,電流表量程置于10^-11A，將測試儀電流輸入電纜線斷開，調(diào)零后重新接上。2)依次更換不同波長的濾光片，記錄相應(yīng)濾光片下的光電流的大小，根據(jù)數(shù)據(jù)描出數(shù)據(jù)點(diǎn)，觀察入射光波長與光電流的關(guān)系。選做實(shí)驗(yàn)：分別改變波長（光闌4mm,濾光片365nm），改變光闌直徑（光闌2mm，濾光片546.1nm）而后按照實(shí)驗(yàn)2中的測量記錄數(shù)據(jù)的方法，記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)并繪出其伏安特性曲線，并適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行對比四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)1：以下為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄表格及擬合出的Uo~f曲線：光電效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)（上）右圖即為Uo~f的擬合曲線，擬合方程為Uo=4.23E-15*f+1.63,擬合系數(shù)為0.9991，其中斜率的不確定度為6*E-17，截距的不確定度為0.04,對應(yīng)于愛因斯坦方程Uo=(h/e)f-W/e得到h=（6.77+-0.06）*10^-34。U(V)實(shí)驗(yàn)2：以下為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄表格及電管的伏安特性曲線；f(Hz)光光電效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)（上）右圖即為光闌：4mm光波長：546.1nm時(shí)光電管的伏安特性曲線，由圖表可知，在電壓由-2到-0.8左右之間I(A)變化時(shí)光電流基本不變，而后到3V都成指數(shù)快速上漲，從4V開始光電流的增長逐漸變得緩慢，到25V以后光電流的值基本處實(shí)驗(yàn)3：U(V)于平穩(wěn)；右圖為光闌面積與光電流的關(guān)系，光闌是控制光束通過多少的設(shè)備，故光束通過多少應(yīng)該與光闌面積成正比，以光闌面積來代替光強(qiáng)得到右圖所示關(guān)系，擬合方程為I=kS,得到的方程為I=2.05E-11*S,擬合度為0.99992，斜率不確定度為0.01E-11；實(shí)驗(yàn)4：數(shù)據(jù)及散點(diǎn)圖如下：I(A)S(mm^2)光電效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)（上）I(A)A(nm)由上面的數(shù)據(jù)及散點(diǎn)圖發(fā)現(xiàn)光波長與光電流并沒有簡單的變化關(guān)系，但總體趨勢是隨著波長的增大，光電流先減小后增大，然后再減小。選做實(shí)驗(yàn)：本實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)二的內(nèi)容相同，結(jié)果也都是先基本不變，而后指數(shù)增長，再增長減慢，最后趨于平穩(wěn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)表格都附于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的最后。五、討論和分析實(shí)驗(yàn)1：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合分析測得普朗克常量h=（6.77+-0.06）*10^-34,較普朗克常量的實(shí)際值6.626*10^-34偏大，產(chǎn)生誤差主要有以下幾個(gè)原因：1)測量截止電壓時(shí)雖然采用了補(bǔ)償法能將系統(tǒng)誤差控制在一個(gè)較小的范圍，但是由于光電效應(yīng)測試儀本身示數(shù)在不停跳動(dòng)，在一定時(shí)間上很難穩(wěn)定下來，而且照射高壓汞燈后電流的最小值明顯低于無光時(shí)的本底電流及暗電流，這對于截止電壓的測量都會(huì)造成一定的困難。2)我的實(shí)驗(yàn)器材中與導(dǎo)軌配套的高壓汞燈損壞，故配的是無導(dǎo)軌的高壓汞燈，在測量各波長對應(yīng)的截止電壓時(shí)，由于汞燈和光電管的相對位置不能固定，所以個(gè)測量條件有略微不同，會(huì)對截止電壓的