工作報(bào)告-光電效應(yīng)測(cè)普朗克常量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、光電效應(yīng)測(cè)普朗克常量實(shí)驗(yàn)報(bào)告篇一：光電效應(yīng)測(cè)普朗克常量實(shí)驗(yàn)報(bào)告 廣東第二師范學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1 2 3 4 5 篇二：光電效應(yīng)測(cè)普朗克常數(shù)-實(shí)驗(yàn)報(bào)告 普朗克常量的測(cè)定 【摘要】 本文介紹了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中常用的光電效應(yīng)測(cè)普朗克常量實(shí)驗(yàn)的基本原理及實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程并精確測(cè)量了普朗克常量，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)仔細(xì)分析比較，探討了誤差現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因，根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得到的體會(huì)和思索，提出了一些改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器和條件的設(shè)想。 【關(guān)鍵字】 愛(ài)因斯坦光電方程；光電流；普朗克常量 【引言】 在文藝復(fù)興和工業(yè)革命后，物理學(xué)得到了迅猛的發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)揮了巨大的作用。此刻人們感覺(jué)物理

2、學(xué)的大廈已經(jīng)建成，剩下只是一些補(bǔ)充。直到19世紀(jì)末，物理學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了四大危機(jī)：光電效應(yīng)、固體比熱、黑體輻射、原子光譜，其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用經(jīng)典物理學(xué)的理論難以解釋，尤其對(duì)光電效應(yīng)現(xiàn)象的解釋與理論大相徑庭。 光電效應(yīng)最初是赫茲在1886年12月進(jìn)行電磁波實(shí)驗(yàn)研究中偶然發(fā)現(xiàn)的，雖然是偶然發(fā)現(xiàn)，但他立即意識(shí)到它的重要性，因此在以后的幾個(gè)月中他暫時(shí)放下了手頭的研究，對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了專門(mén)的研究。雖然赫茲沒(méi)能給出光電效應(yīng)以合理的解釋，但赫茲的論文發(fā)表后，光電效應(yīng)成了19世紀(jì)末物理學(xué)中一個(gè)非常活躍的研究課題。勒納是赫茲的學(xué)生和助手，很早就對(duì)光電效應(yīng)產(chǎn)生了興趣。1920年他發(fā)表論文介紹了他的研究成果，勒納得出，發(fā)射的

3、電子數(shù)正比于入射光所帶的能量，電子的速度和動(dòng)能與發(fā)射的電子數(shù)目完全無(wú)關(guān)，而只與波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)減少動(dòng)能增加，每種金屬對(duì)應(yīng)一特定頻率，當(dāng)入射光小于這一頻率時(shí)，不發(fā)生光電效應(yīng)。雖然勒納對(duì)光電效應(yīng)的規(guī)律認(rèn)識(shí)很清楚，但其解釋卻是錯(cuò)誤的。 1905年，愛(ài)伊斯坦在普朗克能量子的啟發(fā)下，提出了光量子的概念，并成功解釋了光電效應(yīng)。接著，密立根對(duì)光電效應(yīng)進(jìn)行了10年左右的研究，與1916年發(fā)表論文正是了愛(ài)因斯坦的正確性，并精確測(cè)出了普朗克常量。從而為量子物理學(xué)的誕生奠定了堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，愛(ài)因斯坦和密立根都因?yàn)楣怆娦?yīng)方面的杰出貢獻(xiàn)，分別于1921年和1923年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 對(duì)光電效應(yīng)的研究，使人們

4、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到光的波粒二象性本質(zhì)，促進(jìn)了光電 子理論的簡(jiǎn)歷和近代物理學(xué)的發(fā)展。利用光電效應(yīng)制成電器件如光電管、光電池、光電倍增管等，已成為生產(chǎn)和科研中不可或缺的傳感和換能器。光電探測(cè)器和光電測(cè)量?jī)x的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。另外，利用光電效應(yīng)還可以制一些光控繼電器，用于自動(dòng)控制、自動(dòng)設(shè)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)跟蹤等。 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)深刻理解愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論，了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律； 2、掌握用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)研究的方法； 3、學(xué)習(xí)對(duì)光電管伏安特性曲線的處理方法，并用以測(cè)定普朗克常數(shù)h。 【儀器用具】 普朗克常量測(cè)定儀一套，包括：工作臺(tái)、磁性底座、光電管、光源、濾色片或單色儀、微電流放大器

5、等。 【實(shí)驗(yàn)原理】 1、光電效應(yīng)與愛(ài)因斯坦方程 用合適頻率的光照射在某些金屬表面上時(shí)，會(huì)有電子從金屬表面逸出，這種 現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)，從金屬表面逸出的電子叫光電子。為了解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛(ài)因斯坦提出了“光量子”的概念，認(rèn)為對(duì)于頻率為 的光波，每個(gè)光子的能量 為 式中，為普朗克常數(shù)，它的公認(rèn)值是 =6.626 。 按照愛(ài)因斯坦的理論，光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是當(dāng)光子和電子相碰撞時(shí)，光子把全部能量傳遞給電子，電子所獲得的能量，一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它的約束，其余的能量則成為該光電子逸出金屬表面后的動(dòng)能。 愛(ài)因斯坦提出了著名的光電方程： （1） 式中，?為入射光的頻率，m為電子的質(zhì)量，v為光電子逸出金屬表面

6、的初 12mv2為被光線照射的金屬材料的逸出功，為從金屬逸出的光電子的最速度， 大初動(dòng)能。 由（1）式可見(jiàn)，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能必然也越大，所以即使陰極不加電壓也會(huì)有光電子落入陽(yáng)極而形成光電流，甚至陽(yáng)極電位比陰極電位低時(shí)也會(huì)有光電子落到陽(yáng)極，直至陽(yáng)極電位低于某一數(shù)值時(shí)，所有光電子都不能到達(dá)陽(yáng)極，光電流才為零。這個(gè)相對(duì)于陰極為負(fù)值的陽(yáng)極電位U0被稱為光電效應(yīng)的截止電壓。 顯然，有 （2） 代入（1）式，即有 （3） 由上式可知，若光電子能量h?W，則不能產(chǎn)生光電子。產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低頻率是?0?W h，通常稱為光電效應(yīng)的截止頻率。不同材料有不同的逸出功， 因而?0也不同。由

7、于光的強(qiáng)弱決定于光量子的數(shù)量，所以光電流與入射光的強(qiáng)度成正比。又因?yàn)橐粋€(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量，所以光電子獲得的能量與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，只與光子?的頻率成正比，將（3）式改寫(xiě)為 （4） 上式表明，截止電壓U0是入射光頻率?的線性函數(shù)，如圖2，當(dāng)入射光的頻率?0時(shí)，截止電壓U0?0，沒(méi)有光電子逸出。圖中的直線的斜率 個(gè)正的常數(shù)： （5） 由此可見(jiàn)，只要用實(shí)驗(yàn)方法作出不同頻率下的U0?曲線，并求出此曲線的斜率，就可以通過(guò)式（5）求出普朗克常數(shù)h。其中 量。 是電子的電k?he是一 U0-v 直線 2、光電效應(yīng)的伏安特性曲線 下圖是利用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的原理圖。頻率為 、強(qiáng)度為 的光線照射到光電管

8、陰極上，即有光電子從陰極逸出。如在陰極K和陽(yáng)極A之間加正向電壓UAK，它使K、A之間建立起的電場(chǎng)對(duì)從光電管陰極逸出的光電子起加速作用，隨著電壓UAK的增加，到達(dá)陽(yáng)極的光電子將逐漸增多。當(dāng)正向電壓 增加 到Um時(shí)，光電流達(dá)到最大，不再增加，此時(shí)即稱為飽和狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的光電流即稱為飽和光電流。 光電效應(yīng)原理圖 由于光電子從陰極表面逸出時(shí)具有一定的初速度，所以當(dāng)兩極間電位差為零時(shí)，仍有光電流I存在，若在兩極間施加一反向電壓，光電流隨之減少；當(dāng)反向電壓達(dá)到截止電壓時(shí)，光電流為零。 愛(ài)因斯坦方程是在同種金屬做陰極和陽(yáng)極，且陽(yáng)極很小的理想狀態(tài)下導(dǎo)出的。實(shí)際上做陰極的金屬逸出功比作陽(yáng)極的金屬逸出功小，所以實(shí)驗(yàn)

9、中存在著如下問(wèn)題： （1）暗電流和本底電流存在，可利用此，測(cè)出截止電壓（補(bǔ)償法）。 （2）陽(yáng)極電流。制作光電管陰極時(shí)，陽(yáng)極上也會(huì)被濺射有陰極材料，所以光入射到陽(yáng)極上或由陰極反射到陽(yáng)極上，陽(yáng)極上也有光電子發(fā)射，就形成陽(yáng)極電流。由于它們的存在，使得IU曲線較理論曲線下移，如下圖所示。 伏安特性曲線 【實(shí)驗(yàn)步驟】 1、調(diào)整儀器 (1)連接儀器；接好電源，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，充分預(yù)熱（不少于20分鐘）。 (2)在測(cè)量電路連接完畢后，沒(méi)有給測(cè)量信號(hào)時(shí)，旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”旋鈕調(diào)零。每換一次量程，必須重新調(diào)零。 (3)取下暗盒光窗口遮光罩，換上365.0nm濾光片，取下汞燈出光窗口的遮光罩，裝好遮光筒，調(diào)節(jié)好暗盒與汞燈

10、距離。 2、測(cè)定光電管的暗電流 適當(dāng)選取電壓和電流的的量程，在無(wú)光照的條件下，測(cè)出不同電壓下的相應(yīng)暗電流值。 3、測(cè)量光電管的伏安特性曲線 (1)取下暗盒蓋，讓光電管對(duì)準(zhǔn)單色儀出射狹縫，按螺旋測(cè)微頭顯示的波長(zhǎng)（?102nm）在可見(jiàn)光范圍內(nèi)選擇一種波長(zhǎng)輸出，根據(jù)微安表指示，找到峰值，并設(shè)置適當(dāng)?shù)谋堵拾存I。 (2) 選取適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏鞯牡牧砍?，?1.50V起測(cè)出不同電壓下的光電流，相繼選擇波長(zhǎng)為365nm，385nm，400，500nm，600nm，650nm的單色光重復(fù)測(cè)量。 (3)選擇合適的坐標(biāo)，分別作出兩種光闌下的光電管伏安特性曲線UI 。 【實(shí)驗(yàn)記錄與處理】 365nm 篇三：普朗克常

11、量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告 光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常量 PB05007204李東永 了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律，并用光電效應(yīng)方法測(cè)量普朗克常量和測(cè)定光電管的光電特性曲線。 1光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理如右圖所示。其中S為 真空光電管，K為陰極，A為陽(yáng)極。 2光電流與入射光強(qiáng)度的關(guān)系 光電流隨加速電位差U的增加而增加，加 速電位差增加到一定量值后，光電流達(dá)到飽和值和值IH，飽和電流與光強(qiáng)成正比， 而與入射光的頻率無(wú)關(guān)。當(dāng)U= UA-UK變成負(fù)值時(shí)，光電流迅速減小。實(shí)驗(yàn)指出，有一個(gè)遏止電位差Ua存在，當(dāng)電位差達(dá)到這個(gè)值時(shí)，光電流為零。 3 光電子的初動(dòng)能與入射頻率之間的關(guān)系 由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程hv? 1 mv2?A 可見(jiàn)

12、：光電子的初動(dòng)能與入射光頻2 率呈線性關(guān)系，而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。 4 光電效應(yīng)有光電閾存在 實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)光的頻率v?v0時(shí)，不論用多強(qiáng)的光照射到物質(zhì)都不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可知：v0?0稱為紅限。 愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程同時(shí)提供了測(cè)普朗克常量的一種方法： h? A，h e(Ui?Uj)vi?vj 光電管、單色儀（或?yàn)V波片）、水銀燈、檢流計(jì)（或微電流計(jì)）、直流電源、直流電壓計(jì)等，接線電路如右圖所示。 1 在365nm、405nm、436nm、546nm、577nm五種單色光下分別測(cè)出光電管的伏安特性曲線，并根據(jù)此曲線確定遏止電位差值，計(jì)算普朗克常量h。 2 作v?Ua的關(guān)系曲線，用一元線形回歸法計(jì)算光電管陰極材料的紅限頻率、逸出功及h值，并與公認(rèn)值比較。 3 在波長(zhǎng)為577nm的單色光，電壓為20V的情況下，分別在透光率為25%、50%、