光电效应及普朗克常数的测定

(5)微电流测试仪：电流测量范围为0.1卩A一199.9卩A,分辨率为0.1卩A。机内设 有稳定度w1%-3V—+3V,-15V— +15V,-30V— +30V精密可调的光电管工作电源，最小 分度值为0.1和1伏。微电流测试仪可连续工作在十小时以上。
图33-1GD－1型光电效应测试仪的结构图
1.光源；2.减光片或滤光片；
(2)检查光源出光孔和光电管入光孔上的挡光盖是否盖上，并使二孔水平对齐，其间距 离保持在20-25cm。
(3)将光电管暗盒上的“K”端用屏蔽电缆与微电流测试仪面板上的“K”连接，再用普
通导线将二者对应的“A”和“ ”连接好，然后接通微电流测试仪的电源开关。
2．光电管特性的研究
(1)测定光电管的伏安特性
2在光源出光孔上依次装上透过率T分别为75%，50%，25%的减光片 (改变入射光的 光强)，测出对应的光电流。
3取下光电管入光孔上的滤光片，用挡光盖盖上光电管的入光孔。
3．普朗克常数的测定
(1)测量光电管的暗电流和本底电流特性
1取下光源出光孔上的减光片，盖上挡光盖。
2取下光电管入光孔上的挡光盖。
3调节“电压极性”开关，顺时针旋转“电压调节”旋钮，使电压由-3V逐渐增加
实验时，
系：
测出不同频率的光入射时的遏止电势差
u后，作ua〜曲线，u与成线性关
而由
12eUamvmh W
2
即得
0Wh
h (、
Ua(0)
e
(33-3)
从直线斜率可求出普朗克常数h,由直线的截距可求得截止频率
0 °
3.光电管
光电管是利用光电效应制成的能将光信号转化为电信号的光电器件。 在一个真空的玻璃

光电效应是19世纪末发现的，详细的研 究一直到1914年，研究中发现光电效应的基 本规律，无法用麦克斯韦的经典电磁理论作 出完满的解释。1905年爱因斯坦应用普朗克 的量子论，提出光量子概念，给光电效应以 正确的解释。其中普朗克常数是现代物理学 中的一个重要常数；由光电效应实验可简单 准确地测定普朗克常数，实验有助对光的量 子性的理解。
2. 用零电流法测定h
将“电压”选择按键置于－2V～+0V档，“电流量程”选择 在10-13A档并重新调零。将直径为4mm的光阑及波长为 365.0nm 的滤光片插在光电管入射窗孔前，调节电压UAK，使得光电流I 为零，此时测试仪中显示的电压值即可认为是该入射光频率 对应的截止电压。重复测量4次，填入表1中。 依次更换其余四个滤光片（注意：一定要先盖上汞灯的遮光 盖再更换滤光片），测出各自对应的截止电压。
实验目的
1. 通过光电效应实验了解光的量子性。 2. 测量光电管的弱电流特性,找出不同光 频率下的截止电压。 3. 验证爱因斯坦方程，并由此求出普朗 克常数。
实验原理
在光的照射下，电子从金属表面逸出的现象，叫光 电效应。
K A
I
Im
G
－ V +
R －E +
光电效应实验原理图
U 0
o
U AK
某一频率下,某一光强时
( U 0 )

30
435.8nm 光阑4mm
U AK (V)
I (1010 A)
五.注意事项
1. 本实验不必要求暗室环境，但应避免背景光强
的剧烈变化。 2. 实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让 汞光不经过滤光片直接入射光电管窗口。 3. 实验结束时应盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖！

光电效应和普朗克常数的测定填空题1.光电效应的实验事实表明，对应于一定的辐射频率，有一电压U 0，当U AK ≦U 0时，电流为零，U 0被称为 截止电压 。

2.光电效应的定律指出，照射光的频率与极间端电压U AK 一定时， 饱和光电流 的大小与入射光的强度成正比。

3.对于不同频率的光，其截止电压的值不同，截止电压与 入射光频率 成正比关系。

当入射光频率低于某极限值ν0（ν0 随不同阴极金属材料而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。

ν0称为 截止频率 。

4.光电效应是瞬时效应。

即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于 截止频率 ，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为10－9秒的数量级。

5.爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应的实验规律。

写出爱因斯坦提出的光电效应方程：A m h +=2021υν 问答题1.如何通过光电效应测量普朗克常数？光电效应实验表明，截止电压U 0是频率ν的线性函数，即 eU 0 =h ν－A直线斜率k = h/e 。

e 为电子电荷常数，对于给定的光电管，只要用实验方法得出不同的辐射频率对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数h 。

2.零电流法和补偿法测量截止电压有何区别？零电流法是直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压U AK 的绝对值作为截止电压U 0。

此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，用零电流法测得的截止电压与真实值相差较小。

补偿法调节电压U AK 使电流为零后，保持U AK 不变，遮挡汞灯光源，此时测得的电流I 为电压接近截止电压时的暗电流和本底电流。

重新让汞灯照射光电管，调节电压U AK 使电流值显示为I ，将此时对应的电压U AK 的绝对值作为截至电压U 0。

此法可补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响。

3.根据你的测量数据，确定光电管阴极材料的电子逸出功A ？根据 eU 0 =h ν－AA 1=h ν-eU 0=6.626×10-34×8.214×1014-1.602×10-19×1.750 =2.640×10-19JA 2=6.626×10-34×7.408×1014-1.602×10-19×1.436=2.579×10-19J=6.626×10-34×6.879×1014-1.602×10-19×1.206A3=2.626×10-19JA=6.626×10-34×5.490×1014-1.602×10-19×0.6164=2.651×10-19J=6.626×10-34×5.196×1014-1.602×10-19×0.496A5=2.648×10-19JA=2.629×10-19J数据处理实验数据1： U0—V关系1.作出不同频率下截止电压Ua和频率ν的关系曲线，求出普朗克常数h、截止频率ν0、电子逸出功A，并算出所测量值h与公认值之间的相对误差E。

这些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量，也就是说有些光电子具有一定的初动
能。
按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面 上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念， 频率为 的光子具有能量 E=h，h 为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次 为金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金 属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理， 爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：
实验13光电效应和普朗克常数的测定光照射到金属或其化合物表面上时光的能量仅部分以热的形式被金属吸收而另一部分则转换为金属表面中某些电子的能量促使这些电子从金属表面逸出来这种现象叫做光电效应所逸出的电子称为光电子
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实验 13 光电效应和普朗克常数的测定
光照射到金属或其化合物表面上时，光的能量仅部分以热的形式被金属吸收，而另 一部分则转换为金属表面中某些电子的能量，促使这些电子从金属表面逸出来，这种现 象叫做光电效应，所逸出的电子称为光电子。光电效应首先是由赫兹发现的，他在从事 电磁波实验时，注意到接收电路中感应出来的电火花。当间隙的两个端面受到光照射时， 火花要变得更强些。后来证实赫兹所观察到的电火花加强的现象，是在光的照射下金属 表面发射电子的结果。
2.光电效应的物理解释 光电效应可以从物理上解释如下：金属中的电子被晶格束缚在金属内，要使它脱离 金属表面而成为自由电子，必须给它一定的能量，称为这种金属表面的电子逸出功。当 金属中一个电子从入射光中吸收一个光子后，就获得能量ε=hν。如果hν大于电子从金 属表面逸出时所需要的逸出功A，这个电子就可以从金属表面逸出，成为光电子。不同
光电效应的第二个结论：光电子从 金属表面逸出时具有一定的动能，最大 初动能与入射光的频率成正比，而与入 射光的强度无关。