實驗37光電效應(yīng)與普朗克常數(shù)的測定實驗?zāi)康?.通過光電效應(yīng)實驗了解光的量子性；2.測量光電管的弱電流特性和不同頻率下的截止電壓；3.驗證愛因斯坦光電效應(yīng)方程，測定普朗克常數(shù)。實驗儀器與用具光電效應(yīng)（普朗克常數(shù)）實驗儀實驗儀器簡介光電效應(yīng)（普朗克常數(shù)）實驗儀。儀器由汞燈及電源,濾色片,光闌,光電管、智能實驗儀構(gòu)成，儀器組件放置示意如圖37-1所示。圖37-1圖37-1儀器組件放置示意圖(5)(6)(7)(8)(9)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(1)(2)(3)(4)圖37-2實驗儀面板圖動采集，存儲，實時顯示采集數(shù)據(jù)，動態(tài)顯示采集曲線（連接普通示波器，可同時顯示5個存儲區(qū)中存儲的曲線），及采集完成后查詢數(shù)據(jù)的功能。區(qū)〈1〉是電流量程調(diào)節(jié)旋鈕及其指示；區(qū)〈2〉是復(fù)用區(qū)，用于電流指示和自動掃描起始電壓設(shè)置指示復(fù)用：當實驗儀處于測試狀態(tài)或查詢狀態(tài)時，區(qū)〈2〉是電流指示區(qū)；當實驗儀處于設(shè)置自動掃描電壓時，區(qū)〈2〉是自動掃描起始電壓設(shè)置指示區(qū)；四位七段數(shù)碼管指示電流或電壓值；區(qū)〈3〉是復(fù)用區(qū)，用于電壓指示、自動掃描終止電壓設(shè)置指示和調(diào)零狀態(tài)指示復(fù)用：當實驗儀處于測試狀態(tài)或查詢狀態(tài)時，區(qū)〈3〉是電壓指示區(qū)；當實驗儀處于設(shè)置自動掃描電壓時，區(qū)〈3〉是自動掃描終止電壓設(shè)置指示區(qū)；當實驗儀處于調(diào)零狀態(tài)時，區(qū)〈3〉是調(diào)零狀態(tài)指示區(qū),顯示“----”。四位七段數(shù)碼管指示電壓值；區(qū)〈4〉是實驗類型選擇區(qū)：當綠燈亮?xí)r，實驗儀選擇伏安特性測試實驗；當紅燈亮?xí)r，實驗儀選擇截止電壓測試實驗；區(qū)〈5〉是調(diào)零狀態(tài)區(qū)，用于系統(tǒng)調(diào)零：區(qū)〈6〉、〈8〉是示波器連接區(qū)：區(qū)〈6〉、區(qū)〈8〉可將信號送示波器顯示；區(qū)〈7〉是存貯區(qū)選擇區(qū)：通過按鍵選擇存貯區(qū)；區(qū)〈9〉是復(fù)用區(qū)，用于調(diào)零確認和系統(tǒng)清零：當實驗儀處于調(diào)零狀態(tài)時，按下此鍵則跳出調(diào)零狀態(tài)；當實驗儀處于測試狀態(tài)或查詢狀態(tài)時，按下此鍵則系統(tǒng)清零，重新啟動，并進入調(diào)零狀態(tài)；區(qū)〈10〉是電壓調(diào)節(jié)區(qū)：通過按鍵調(diào)節(jié)電壓(←→調(diào)節(jié)位，↑↓調(diào)節(jié)大小)；區(qū)〈11〉是工作狀態(tài)指示選擇區(qū)：用于選擇及指示實驗儀工作狀態(tài)，詳細說明見相關(guān)操作說明；通信指示燈指示實驗儀與計算機的通信狀態(tài)；區(qū)〈12〉是電源開關(guān)；按“調(diào)零確認/系統(tǒng)清零”鍵，系統(tǒng)進入測試狀態(tài)。若要動態(tài)顯示采集曲線，需將實驗儀的“信號輸出”端口接至示波器的輸入端，“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”，“衰減”旋鈕撥至約“”，“掃描時間”旋鈕撥至約“”。此時示波器將用輪流掃描的方式顯示5個存儲區(qū)中存儲的曲線，橫軸代表電壓，縱軸代表電流。⒉測普朗克常數(shù)問題討論及測量方法：理論上，測出各頻率的光照射下陰極電流為零時對應(yīng)的，其絕對值即該頻率的截止電壓，然而實際上由于光電管的陽極反向電流、暗電流、本底電流及極間接觸電位差的影響，實測電流并非陰極電流，實測電流為零時對應(yīng)的也并非截止電壓。光電管制作過程中陽極往往被污染，沾上少許陰極材料，入射光照射陽極或入射光從陰極反射到陽極之后都會造成陽極光電子發(fā)射，為負值時，陽極發(fā)射的電子向陰極遷移構(gòu)成了陽極反向電流。暗電流和本底電流是熱激發(fā)產(chǎn)生的光電流與雜散光照射光電管產(chǎn)生的光電流，可以在光電管制作，或測量過程中采取適當措施以減小它們的影響。極間接觸電位差與入射光頻率無關(guān)，只影響的準確性，不影響直線斜率，對測定無大影響。由于本實驗儀器的電流放大器靈敏度高，穩(wěn)定性好；光電管陽極反向電流，暗電流水平也較低。在測量各譜線的截止電壓時，可采用零電流法，即直接將各譜線照射下測得的電流為零時對應(yīng)的電壓的絕對值作為截止電壓。此法的前提是陽極反向電流、暗電流和本底電流都很小，用零電流法測得的截止電壓與真實值相差較小。且各譜線的截止電壓都相差對曲線的斜率無大的影響，因此對的測量不會產(chǎn)生大的影響。測量截止電壓：測量截止電壓時，“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)處于檔。手動測量使“手動/自動”模式鍵處于手動模式。將直徑的光闌及的濾色片裝在光電管暗盒光輸入口上，打開汞燈遮光蓋。 此時電壓表顯示的值，單位為伏；電流表顯示與對應(yīng)的電流值，單位為所選擇的“電流量程”。用電壓調(diào)節(jié)鍵←、→、↑、↓可調(diào)節(jié)UAK的值，←、→鍵用于選擇調(diào)節(jié)位↑、↓鍵用于調(diào)節(jié)值的大小。從低到高調(diào)節(jié)電壓（絕對值減小），觀察電流值的變化，尋找電流為零時對應(yīng)的，以其絕對值作為該波長對應(yīng)的的值，并將數(shù)據(jù)記于表一中。為盡快找到的值，調(diào)節(jié)時應(yīng)從高位到低位，先確定高位的值，再順次往低位調(diào)節(jié)。依次換上，，，的濾色片，重復(fù)以上測量步驟。自動測量按“手動/自動”模式鍵切換到自動模式。此時電流表左邊的指示燈閃爍，表示系統(tǒng)處于自動測量掃描范圍設(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。對各條譜線，我們建議掃描范圍大致設(shè)置為：，；，；436nm，；，；，。 實驗儀設(shè)有5個數(shù)據(jù)存儲區(qū)，每個存儲區(qū)可存儲500組數(shù)據(jù)，并有指示燈表示其狀態(tài)。燈亮表示該存儲區(qū)已存有數(shù)據(jù)，燈不亮為空存儲區(qū)，燈閃爍表示系統(tǒng)預(yù)選的或正在存儲數(shù)據(jù)的存儲區(qū)。設(shè)置好掃描起始和終止電壓后，按動相應(yīng)的存儲區(qū)按鍵，儀器將先清除存儲區(qū)原有數(shù)據(jù)，等待約，然后按的步長自動掃描，并顯示、存儲相應(yīng)的電壓、電流值。掃描完成后，儀器自動進入數(shù)據(jù)查詢狀態(tài)，此時查詢指示燈亮，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，掃描電壓為當前顯示值時相應(yīng)的電流值。讀取電流為零時對應(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37-1中。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)，可進行下一次測量。在自動測量過程中或測量完成后，按“手動/自動”鍵，系統(tǒng)回復(fù)到手動測量模式，模式轉(zhuǎn)換前工作的存儲區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)將被清除。若儀器與示波器連接，則可觀察到為負值時各譜線在選定的掃描范圍內(nèi)的伏安特性曲線。⒊測光電管的伏安特性曲線此時，“伏安特性測試/截止電壓測試”狀態(tài)鍵應(yīng)為伏安特性測試狀態(tài)。“電流量程”開關(guān)應(yīng)撥至檔，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。測伏安特性曲線可選用“手動/自動”兩種模式之一，測量的最大范圍為，自動測量時步長為，儀器功能及使用方法如前所述。儀器與示波器連接⑴可同時觀察5條譜線在同一光闌、同一距離下伏安飽和特性曲線。⑵可同時觀察某條譜線在不同距離（即不同光強）、同一光闌下的伏安飽和特性曲線。⑶可同時觀察某條譜線在不同光闌（即不同光通量）、同一距離下的伏安飽和特性曲線。由此可驗證光電管飽和光電流與入射光成正比。記錄所測及的數(shù)據(jù)到表37-2中，在座標紙上作對應(yīng)于以上波長及光強的伏安特性曲線。在為時，將儀器設(shè)置為手動模式，測量并記錄對同一譜線、同一入射距離，光闌分別為、、時對應(yīng)的電流值于表37-3中，驗證光電管的飽和光電流與入射光強成正比。也可在為50V時，將儀器設(shè)置為手動模式，測量并記錄對同一譜線、同一光闌時，光電管與入射光在不同距離，如、等對應(yīng)的電流值于表37-4中，同樣驗證光電管的飽和電流與入射光強成正比。數(shù)據(jù)記錄與處理表37-1、關(guān)系光闌孔Φ=mm波長λi(nm)365.0404.7435.8546.1577.0頻率νi(×1014Hz)8.2147.4086.8795.4905.196截止電壓U0i(V)手動自動表37-2關(guān)系UAK（V）I（×10-10AUAK（V）I（×10-10A表37-3關(guān)系V 光闌孔ΦI（×10-10A表37-4、關(guān)系