光電效應(yīng)及普朗克常數(shù)測定

1、光電效應(yīng)測定普朗克常數(shù)光電效應(yīng)測定普朗克常數(shù)求是中樓403實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對光電效應(yīng)和光的量子性的理解。2、學(xué)習(xí)驗(yàn)證愛因斯坦光電方程的實(shí)驗(yàn)方法，并測定普朗克常數(shù)。實(shí)驗(yàn)原理 金屬中的自由電子，在光的照射下吸收光能從金屬表面逸出的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)的基本實(shí)驗(yàn)事實(shí)為：1、飽和光電流與光強(qiáng)成正比。2、光電效應(yīng)存在一個(gè)閾頻率，當(dāng)入射光的頻率低于此值 時(shí)，無論光強(qiáng)如何，都無光電流產(chǎn)生。3、光電子的初動(dòng)能與光強(qiáng)無關(guān)，但與入射光的頻率成正比。4、光電效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)，一經(jīng)光線入射，立即產(chǎn)生光電子。實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)愛因斯坦假設(shè)，當(dāng)光與物質(zhì)相互作用時(shí)，其能流并不像波動(dòng)理論所指出的那樣，不是連續(xù)分布的，而是集中

2、在一些叫做光子（或光量子）的粒子上，當(dāng)光的頻率為時(shí)，每個(gè)光子具有的能量為=h。當(dāng)金屬受到頻率為的光照射時(shí)，金屬中的電子在獲得一個(gè)光子的能量后，將能量的一部分用作逸出金屬表面所需的逸出功Ws，另一部分則表現(xiàn)為電子逸出金屬表面時(shí)的初動(dòng)能mv2。即： h=mv2+ Ws （1）這就是愛因斯坦光電效應(yīng)方程。實(shí)驗(yàn)原理 由（1）式可見，入射到金屬表面的光的頻率越高，逸出電子的初動(dòng)能越大，如圖1所示。正因?yàn)殡娮泳哂谐鮿?dòng)能，所以即使在加速電壓U等于時(shí)，依然有光電子落到陽極而形成光電流，甚至當(dāng)陽極的電位低于陰極的電位時(shí)也會(huì)有光電子落到陽極，直到加速電壓為某一負(fù)值Us時(shí)，所有光電子都不能到達(dá)陽極，光電流才為零，如

3、圖2所示，Us稱為光電效應(yīng)的截止電壓。此時(shí)， eUs-mv2=0 （2）代入（1）式有： eUs= h- Ws （3）實(shí)驗(yàn)原理n由于金屬材料的逸出功Ws是金屬材料的固有屬性，對于給定的基礎(chǔ)材料Ws 為一個(gè)定值，它與入射光的頻率無關(guān)，n若令Ws= h0，0稱為對應(yīng)材料光電效應(yīng)的紅限頻率，或稱閾頻率。即具有紅限頻率的光子的能量恰恰等于電子需要的逸出功，此時(shí)的逸出電子沒有多余的動(dòng)能。n式（3）可改寫成n Us=-=(-0 ) (4)實(shí)驗(yàn)原理n式(4)表明，截止電位Us是入射光頻率的線性函數(shù)。當(dāng)入射光的頻率=0時(shí)，截止電位Us=0，沒有光電子逸出。對應(yīng)曲線如圖（3），其斜率K=h/e為一個(gè)正常數(shù)。故有

4、： h=ek （5）n可見，只要用實(shí)驗(yàn)方法測出不同頻率下的截止電壓Us，再作出Us-直線，并求出該直線的斜率K，就可通過（5）式求出普朗克常數(shù)的數(shù)值。其中e=1.610-19庫侖，是電子的電荷量。實(shí)驗(yàn)儀器 DH-GD-1型普朗克常數(shù)測試儀（1）電壓選擇開關(guān)（2）電源開關(guān)（3）電壓顯示窗 （4）電壓調(diào)節(jié)粗調(diào)（5）電壓調(diào)節(jié)微調(diào) （6）電流顯示窗（7）電流調(diào)零 （8）電流量程選擇開關(guān) 圖一 前面板圖實(shí)驗(yàn)儀器 （1）電源插座 （2）電壓輸出“+”（3）電壓輸出“-” （4）微電流輸入端 圖二 后面板圖實(shí)驗(yàn)儀器 圖三 整體結(jié)構(gòu)圖1、汞燈電源 2、汞燈 3、濾光片 4、光闌 5、光電管 6、基準(zhǔn)平臺實(shí)驗(yàn)步

5、驟一、調(diào)整儀器(1)用專用電纜將微電流測量儀的輸入接口與暗盒的輸出接口連接起來；將微電流測量儀的電壓輸出端插座與暗盒的電壓輸入插座連接起來；將汞燈下側(cè)的電線與限流器連接起來；接好電源，打開電源開關(guān)，充分預(yù)熱（不少于20分鐘）。(2)在測量電路連接完畢后，沒有給測量信號時(shí)，旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”旋鈕進(jìn)行調(diào)零。每換一次量程，必須重新調(diào)零。(3)實(shí)驗(yàn)儀在開機(jī)或改變電流量程后，都會(huì)自動(dòng)進(jìn)入調(diào)零狀態(tài)。調(diào)零時(shí)應(yīng)將光電管暗箱電流輸出端與實(shí)驗(yàn)儀微電流輸入端斷開，旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”旋鈕使電流指示為零，調(diào)節(jié)好后，將斷開的電纜連上，按“調(diào)零確認(rèn)”鍵，系統(tǒng)進(jìn)入測試狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)步驟二、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(1)測量截止電壓(零電流法)，以截止電壓為

6、縱坐標(biāo)、頻率為橫坐標(biāo)作圖，按式（4）或（5）計(jì)算h值并與標(biāo)準(zhǔn)值h0進(jìn)行比較，求相對誤差，驗(yàn)證光電效應(yīng)方程（表一）。(2)測量光電管的伏安特性曲線（表二，作圖）。(3)驗(yàn)證光電管飽和電流與入射光強(qiáng)的關(guān)系（表三，作圖）。實(shí)驗(yàn)步驟表一： 4mm，L400mm波長（nm） 365.0404.7435.8546.1577.0頻率（1014HZ）截止電壓（手動(dòng)）實(shí)驗(yàn)步驟表二： 4mm，L400mm，365nm（4V一間隔，10個(gè)點(diǎn)左右）UAK（V）04.08.012.016.020.024.028.032.036.0 I（10-10A）表三：UAK8V，L400mm，365nm2mm4mm8mmI（10-10A）注意事項(xiàng)1、汞燈的預(yù)熱時(shí)間必須長于20分鐘。實(shí)驗(yàn)中，汞燈不可關(guān)閉。如果關(guān)