光电效应测普朗克常数实验讲义

基础物理实验-光电效应法测定普朗克常数
光电效应法测定普朗克常数是一项基础物理实验，是通过研究光电效应来测定普朗克常数（符号为h）的一种方式。

普朗克常数是物理定律中一个重要的常数，它影响到热力学、光学等物理现象。

其值与许多量子现象有关，因此普朗克常数的准确的测定具有很重要的意义。

光电效应法测定普朗克常数有两种方法：第一种是爱因斯坦-ヒル方法，第二种是思廉斯-威尔逊方法。

爱因斯坦-ヒル方法主要是测定半导体中发生光电效应时，所放射或吸收光子与电子电荷之间的关系。

思廉斯-威尔逊方法是研究普朗克常数在发生激光光电效应中及电子电荷与激光能量所关联的关系。

爱因斯坦-ヒル方法测定普朗克常数的具体实验操作是：测量铋基半导体片材，将研磨涂硅好的片材压入Si的夹头，然后将夹头底座接入电路中，成为一个封闭的系统；然后将强光源聚焦于夹头和片材之间，激发半导体材料，使它发射出电子，接着将其能谱绘制出来；最后根据电荷量分子和光子能量的关系求得普朗克常数的值。

思廉斯-威尔逊方法的实验过程是：首先构造一个电路，电路中要有激光源、金属晶体和放大器等元件；然后将一定能量的光束输出，激发金属晶体，使它产生电离；接着通过放大器将电离电荷数目设定为有限数量，最后通过积分器计算积分，得到普朗克常数的大小。

有了以上两个方法，人们便可以精确测定普朗克常数，并利用该方法进行其他实验中也会经常用到该常数的计算。

由此可见光电效应法测定普朗克常数的重要性。

通过本次实验学习，可以充分体现出基础物理实验中的实用性，使我们能够仔细学习其核心内容，深入理解并巩固学习结果。

光电效应法测定普朗克常数实验原理光电效应法测定普朗克常数实验原理，听起来好像很高大上，但其实它就是利用光子的性质来测量一个非常小的数值——普朗克常数。

那么，这个实验到底是怎么进行的呢？别着急，让我来给你讲讲。

我们要了解什么是光电效应。

简单来说，光电效应就是当光子与物质相互作用时，会产生一些电子。

这些电子就像是光子的“孩子”，它们会从物质中“出生”，并且带有一些能量。

这个能量就叫做光子的能量。

好了，现在我们知道了光子和电子的关系，那么接下来就要用到普朗克常数了。

普朗克常数是一个非常小的数值，它的名字来源于它的发现者——德国物理学家马克斯·普朗克。

他在研究黑体辐射的时候，发现了一种规律：黑体辐射的能量是按照一定的频率分布的，而不是连续的。

这个规律被称为能量量子化定律。

而普朗克常数就是用来描述这个规律的一个重要参数。

那么，为什么我们需要测定普朗克常数呢？因为普朗克常数与光子的频率有关。

当光子的能量发生变化时，它的频率也会随之改变。

而我们通过测量光子的频率，就可以间接地测量出光子的能量。

这样一来，我们就可以用一种非常巧妙的方法来测定普朗克常数了。

接下来，让我们来看一下实验的具体步骤吧。

我们需要准备一个金属薄片，然后用一个光源照射它。

在照射的过程中，我们可以观察到金属薄片表面出现了一些电子。

这些电子就是由光子产生的。

接着，我们需要测量这些电子的数量以及它们的能量。

这样一来，我们就可以根据能量守恒定律和光电效应的公式，计算出光子的能量以及普朗克常数了。

当然啦，这个实验并不是那么简单就能完成的。

在实际操作过程中，我们还需要考虑很多因素，比如光源的波长、金属薄片的厚度等等。

但是总的来说，只要我们掌握了正确的方法和技巧，就一定能够成功地测定普朗克常数。

好了，现在你已经知道光电效应法测定普朗克常数实验的基本原理了吧？希望这篇文章能够帮助你更好地理解这个实验。

如果你还有什么疑问或者想了解更多关于光电效应的知识，欢迎随时来找我哦！。

光电效应法测普朗克常量h（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）1905 年，年仅26 岁的爱因斯坦（A.Einstein）提出光量子假说，发表了在物理学发展史上具有里程碑意义的光电效应理论，10 年后被具有非凡才能的物理学家密立根（Robert Millikan）用光辉的实验证实了。

两位物理大师之间微妙的默契配合推动了物理学的发展，他们都因光电效应等方面的杰出贡献分别于1921 年和1923 年获得诺贝尔物理学奖金。

光电效应实验及其光量子理论的解释在量子理论的确立与发展上，在揭示光的波粒二象性等方面都具有划时代的深远意义。

利用光电效应制成的光电器件在科学技术中得到广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领域，具有广阔的应用前景。

本实验的目的是了解光电效应的基本规律。

并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。

实验原理当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。

在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。

光电效应实验原理如图8.2.1-1 所示。

其中S 为真空光电管，K 为阴极，A 为阳极。

当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G 中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K 上时，形成光电流，光电流随加速电位差U 变化的伏安特性曲线如图8.2.1-2 所示。

1.光电流与入射光强度的关系光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值和值I H，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。

当U= U A-U K变成负值时，光电流迅速减小。

实验指出，有一个遏止电位差U a存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。

2.光电子的初动能与入射频率之间的关系光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由K 极向A 极运动。

用光电效应测定普朗克常数1887年，德国物理学家赫兹发觉了光电效应现象。

可是在那时，利用麦克斯韦经典电磁理论无法圆满地说明光电效应的一系列性质。

直到1905年，爱因斯坦应用并进展了普朗克的量子理论，提出了“光量子”的概念，从而成功地说明了光电效应的规律，得出了光电效应方程。

后来，密立根对爱因斯坦的光量子理论进行了大量的实验测量，于1915年准确地测定了普朗克常数h ，有力地论证了爱因斯坦光量子理论的正确性。

这二位物理学家都因光电效应等方面的杰出奉献前后取得了诺贝尔物理学奖。

光电效应实验和光量子理论在物理学进展史上具有超级重要的意义。

利用光电效应制成的各类光电器件在工业生产、科研、军用器材装备中有超级普遍的应用。

现在咱们重复先辈物理学家的实验，不仅能够从中学到物理理论与物理方式、物理思想，而且能够学习他们坚忍不拔的毅力、严谨的科学态度，进一步提高大伙儿的实验能力和素养。

本次实验课的目的是：1、 加深对光的量子性的明白得；2、 验证爱因斯坦光电效应方程，测量普朗克常数。

[实验原理]1．大体知识：光电效应：必然频率的光照射在某些金属表面上时，有电子从金属表面逸出，这种现象叫光电效应。

所逸出的电子叫光电子，由光电子形成的电流叫光电流。

为了说明光电效应，爱因斯坦提出了“光量子”假说：在真空中传播的一束光确实是一束以速度c 运动的粒子流，这种粒子称为光量子，简称光子。

他以为频率为ν的光的每一个光子所具有的能量为νεh =，它不能再分割，而只能整个地被吸收或产生出来，h 叫做普朗克常数。

爱因斯坦依照光量子假说理论，成功说明了光电效应现象。

他以为，当光子入射到金属表面时，一个光子的能量hν一次地被金属中的一个电子全数吸收。

这些能量，一部份用来克服金属表面对它的束缚而做功，即金属的逸出功A ，其余的能量那么成为该电子逸出金属表面后的动能，也确实是光电子的初动能。

这确实是闻名的爱因斯坦光电方程，即A mv 21h 20+=ν。

光电效应测普朗克常数实验讲义引言1887年H.赫兹发现光电效应，此后许多物理学家对光电效应作了深入的研究，总结出光电效应的实验规律。

1905年爱因斯坦提出“光量子”假说，圆满地解释了光电效应，并给出了光电方程。

密立根用了十年的时间对光效应作进行定量的实验研究，证实了爱因斯坦光电方程的正确性，并精确测量出了普朗克常数h。

爱因斯坦和密立根因光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理奖。

利用光电效应已制成光电管、光电倍增管等光电器件，在科学技术中得到广泛应用。

参考资料[1]B.凯格纳克等著，近代原子物理学（上册），科学出版社，1980。

[2]A.M.波蒂斯、H.B.杨著，大学物理实验（伯克利物理实验），科学出版社，1982。

[3]H.F.迈纳斯等著，恽瑛等译，普通物理实验，科学出版社，1987。

[4]史玖德编著，光电管与光电倍增管，国防工业出版社，1981。

实验目的1、了解光电效应及其规律，理解爱因斯坦光电方程的物理意义。

2、用减速电位测量光电子初动能，求普朗克常数。

实验原理1. 光电效应金属在光的照射下释放出电子的现象叫做光电效应。

根据爱因斯坦的“光量子概念”，每一个光子具有能量,当光照射到金属上时,其能量被电子吸收,一部分耗于电子的逸出功,另一部分转换为电子逸出金属表面后的动能。

由能量守恒定律得（2.2-1）此式称为爱因斯坦光电方程。

式中h为普朗克常数，为入射光的频率，m为电子质量，为电子的最大速度，上式右边第一项为电子最大初动能。

用光电方程圆满解释了光电效应的基本实验事实：电子的初动能与入射光频率呈线性关系，与入射光的强度无关。

任何金属都存在一截止频率，，又称红限，当入射光的频率小于时，不论光的强度如何，都不产生光电效应。

此外，光电流大小（即电子数目）只决定于光的强度。

2. 验证爱因斯坦光电方程，求普朗克常数本实验采用“减速电位法”决定电子的最大初动能，并由此求出普朗克常数h。

实验十一光电效应和普朗克常数的测定实验背景:光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时, 会有电子从金属表面溢出的现象。

光电效应对于认识光的本质及早期量子理论的发展, 具有里程碑式的意义。

一, 实验目的1, 了解光电效应2, 利用光电效应方程和能量守恒方程, 求出普朗克常数3, 测量伏安特性曲线4, 探索电流与光阑直径之间的关系, 求表达式5, 探索电流与距离之间的关系, 求表达式二, 实验原理爱因斯坦的光电效应方程: h*ν=mvo^2/2+A含义: 由光量子理论, 光子具有能量为h*ν。

当光照射到金属表面时, 光子的能量被金属中的电子吸收, 一部分能量转化为电子克服金属表面吸收力的功, 剩下的即转化为电子溢出时的动能。

即实现能量守恒。

如果外加一个反向电场, 将会减弱电子运动的动能, 当刚好相抵消时, 回路中电流为零。

此时有eUo=m*v^2/2;代入上式中, 有h*ν=e*Uo+A进行变换, 得Uo=h/e*ν-C C为一个常数。

因此, 只要求出Uo和ν的关系, 求出斜线的斜率, 即可知道普朗克常数。

三, 实验仪器ZKY-GD-4型智能光电效应实验仪5个透射率分别为365.0nm 404.7nm 435.8nm 546.1nm 577.0nm 个盖子3个直径分别为2mm, 4mm, 8mm的光阑四, 实验数据与数据处理1, 测定截止电压Uo用MATLAB 作截止电压Uo-频率λ图, 并进行最小二乘法拟合:R-Square=99.95%, 显然成线性关系, 得斜率|k|=0.4099由公式: Uo=k*λ-A=h/e*λ-A 得h=k*e 其中e = 1.602176565(35)×10-19 J得实验值普朗克常量h=6.5673×10^（-34） J·s普朗克常数标准值: h=6.62606957(29)×10^（-34） J ·s误差=0.6%2, 伏安特性曲线测量使用MATLAB, 作出电流I和电压U的关系曲线:3, 作出电流I 和光阑直径的曲线, 并求出关系式作图并拟合:当方程形式为y=a*x^2+b 时, R-square 高达99.99%.即可认为完全符合这种方程形式。

光电效应实验讲义光电效应法测定普朗克常数一、实验及应用背景介绍光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。

1887年物理学家赫兹用实验验证电磁波的存在时发现了这一现象，但是这一实验现象无法用当时人们所熟知的电磁波理论加以解释。

1905年，爱因斯坦大胆地把普朗克在进行黑体辐射研究过程中提出的辐射能量不连续观点应用于光辐射，提出“光量子”概念，从而成功地解释了光电效应现象。

1916年密立根通过光电效应对普朗克常数的精确测量，证实了爱因斯坦方程的正确性，并精确地测出了普朗克常数。

爱因斯坦与密立根都因光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。

光电效应实验对于认识光的本质及早期量子理论的发展，具有里程碑式的意义。

随着科学技术的发展，光电效应已广泛用于工农业生产、国防和许多科技领域。

利用光电效应制成的光电器件，如光电管、光电池、光电倍增管等，已成为生产和科研中不可缺少的器件。

二、实验目的和教学要求1、定性分析光电效应规律，通过光电效应实验进一步理解光的量子性；2、学习验证爱因斯坦光电方程的实验方法，并测定普朗克常数h；3、进一步练习利用线性回归和作图法处理实验数据。

三、实验原理光电效应的实验原理如图1所示。

入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移构成光电流，改变外加电压U AK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。

光电效应的基本实验事实如下：(1)对应于某一频率,光电效应的I-U AK关系如图2所示。

从图中可见，对一定的频率，有一电压U0,当U AK≦U0时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压U0，被称为截止电压。

(2)当U AK≧U0后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流I M的大小与入射光的强度P成正比。

(3)对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。

(4)截止电压U0与频率ν的关系如图4所示，U0与ν成正比。

什么叫光电效应？1)概述在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应。

(2)说明①光电效应的实验规律。

a．阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子数和照射发光强度成正比。

b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。

这就是说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。

c．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发出光电子，这个频率蛳叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应的波长λ。

叫做红限波长。

不同物质的极限频率”。

和相应的红限波长λ。

是不同的。

d．从实验知道，产生光电流的过程非常快，一般不超过lO-9秒；停止用光照射，光电流也就立即停止。

这表明，光电效应是瞬时的。

②解释光电效应的爱因斯坦方程：根据爱因斯坦的理论，当光子照射到物体上时，它的能量可以被物体中的某个电子全部吸收。

电子吸收光子的能量hυ后，能量增加，不需要积累能量的过程。

如果电子吸收的能量hυ足够大，能够克服脱离原子所需要的能量(即电离能量)I和脱离物体表面时的逸出功(或叫做功函数)W，那末电子就可以离开物体表面脱逸出来，成为光电子，这就是光电效应。

爱因斯坦方程是hυ=(1/2)mv2+I+W式中(1/2)mv2是脱出物体的光电子的初动能。

金属内部有大量的自由电子，这是金属的特征，因而对于金属来说，I项可以略去，爱因斯坦方程成为hυ=(1/2)mv2+W假如hυ<W,电子就不能脱出金属的表面。

对于一定的金属，产生光电效应的最小光频率(极限频率) υ0。

由hυ0=W确定。

相应的红限波长为λ0=C/υ0=hc/W。

发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加，因而发射的光电子数和照射光的强度成正比。

③利用光电效应可制造光电倍增管。

光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下来。

什么叫内光电效应？内光电效应是光电效应的一种，主要由于光量子作用，引发物质电化学性质变化（比如电阻率改变，这是与外光电效应的区别，外光电效应则是逸出电子）。

实验2.1 光电效应测普朗克常数[ 实验目的 ]1． 通过光电效应实验了解光的量子性及对爱因斯坦方程物理意义的理解。

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，并求出普朗克常数。

[ 仪器用具 ]ZKY-GD-4型智能光电效应（普朗克常数）实验仪，干涉滤光片[ 实验原理 ]1. 光电效应普朗克常数h 是自然界中一个重要的普适常数，可由光电效应简单而又准确地求出。

在光束的照射下，电子从金属表面逸出的现象称为光电效应。

光电效应的基本规律是：（1）在光谱成份不变的情况下，光电流的大小I 与入射光的强度P 成正比（图1a ，b ）；（2）光电子的动能与光强度无关，但与入射光的频率ν成正比（图1d ）；（3）光电效应是瞬时效应，一经光的照射，立即产生光电子。

爱因斯坦指出：光束是由一些能量为h ν的粒子组成的粒子束，这些粒子称为光子。

光束的强弱，表现为粒子的多少，故光电流与入射光的强度成正比。

而且不管光子流的密度如何，产生光电效应时，每个电子都只吸收一个光子的能量，所以电子获得的能量与光强无关，而只与频率ν成正比。

爱因斯坦方程式是：ℎν= + （1） 式中，h 称为普朗克常数，公认值是6.62916×10-34J·sec 。

m 是电子质量，V 是光电子逸出金属表面时的初速度，( 2⁄)是电子逸出金属表面时的最大初动能。

是一个电子克服表面势垒从金属内部脱出所需的能量，称为电子的逸出功。

ν为入射光的频率，它与波长λ的关系是：C νλ= （2）式中C 是光速。

从式（1）可知，当ℎν 小于 时，没有光电流，即存在一个截止频率ν ，当入射光频率低于ν 时，不论光强多大，都没有光电子（图1c ），不同金属材料对应的ν 不同。

由于光电子具有初动能，所以光电管阴极受光照射时即使阳极不加电压也会有光电子从阴极逸出而落入阳极形成光电流，甚至阳极相对于阴极的电位低时也会有光电子落入阳极，直到阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能达到阳极，光电流才为零。

实验三 光电效应【实验目的】1. 加深对光的量子性的认识。

2. 验证爱因斯坦方程，测定普朗克常数。

3. 测定光电管的伏安特性曲线。

【实验原理】当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应．所产生的电子，称为光电子。

光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。

1905年爱因斯坦依照普朗克的量子假设，提出了光子的概念。

他认为光是一种微粒 — 光子；频率为ν 的光子具有能量h ν，h 为普朗克常数，目前国际公认值为h =(6．6260755±0．0000040)×10-34J ·s 。

当金属中的电子吸收一个频率为ν 的光子时，便获得这光子的全部能量h ν，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功W ，电子就会从金属中逸出．按照能量守恒原理有：W v m h m +=221ν (3.1)上式称为爱因斯坦方程，其中m 和v m 是光电子的质量和最大速度，221m v m 是光电子逸出表面后所具有的最大动能．它说明光子能量h ν小于W 时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率ν0=W ／h ，称为光电效应的极限频率(又称红限)。

不同的金属材料有不同的逸出功，因而ν0也是不同的。

用光电管进行光电效应实验，测量普朗克常数的实验原理如图3.1所示。

图中K 为图3.1光电效应实验原理图光电管的阴极，A 为阳极，微安表用于测量微小的光电流，电压表用于测量光电管两极间的电压，E 为电源，R 提供的分压可以改变光电管两极间的电势差。

当单色光入射到光电管的阴极K 上时，如有光电子逸出，则当阳极A 加正电势，K 加负电势时，光电子就被加速；而当K 加正电势，A 加负电势时，光电子就被减速。

当A 、K 之间所加电压U 足够大时，光电流达到饱和值I m ,当U ≤-U 0，并满足方程eU 0 =221m v m (3.2)时，光电流将为零，此时的U 0称为截止电压。