光电效应数据处理

光电效应研究实验报告光电效应是指材料受到光线照射后，其表面电子受激发而发生电子发射的现象。

光电效应在物理学中具有重要的意义，通过实验研究可以深入了解光电作用的原理和规律。

本实验旨在通过实际操作，探索光电效应在不同条件下的变化规律，并对实验结果进行分析。

实验材料和仪器本实验所需材料包括：光电效应实验装置、汞灯、光电管、电压源、电流表、光栅、测微眼镜等。

实验仪器如下：光电效应实验装置主要由镀铬阴极、透明阳极、汞灯和光栅组成。

实验步骤1. 检查实验装置是否正常连接，保证各部件完好无损。

2. 将汞灯放置在适当位置，点亮，调节光强。

3. 将光栅放置在适当位置，使光线通过光栅射到光电管上。

4. 调节电压源，测量不同电压下的电流值。

5. 记录实验数据，并绘制电压与电流的关系曲线。

实验结果分析通过实验数据分析可得出以下结论：1. 光电效应与光强成正比，光强越大，产生的电子数量越多。

2. 光电效应与光频成正比，光频越大，电子运动速度越快。

3. 光电效应与反向电压成反比，反向电压增大时，电子发射速度减缓。

实验结论本实验通过研究光电效应的实验数据，验证了光电效应的基本规律性，光强、光频和反向电压是影响光电效应的重要因素。

同时，通过实验操作，提高了实验操作能力和数据处理技能，对光电效应的认识有了更深入的了解。

总结光电效应作为一项重要的物理现象，具有广泛的应用价值，如光电池、光电管等领域。

通过本实验的探究，不仅加深了对光电效应的理解，也提高了实验技能和科学素养。

希望通过这次实验，能够更好地认识和研究光电效应的原理和应用。

以上为光电效应研究实验报告，谢谢阅读。

光电效应实验数据处理
一、实验目的：
1、了解光电效应实验的基本原理;
2、掌握实验数据的处理方法。

二、实验原理：
光电效应是指一定强度光的照射下物体表面电压的变化，或当光能量施加作用到物体表面上时，表面发生的电场变化现象。

三、实验试剂：
1、光电池
2、小片铜焊料
3、照明灯
4、照相机
5、电源柜
6、示波器
7、温度表等。

四、实验步骤：
1、将光电池铺设在照明灯的前面，然后将光电池连接到示波器上，以观察光电池的电场变化情况；
2、将小片铜焊料和温度表放在光电池的前面，调节照明灯的发射光的强度，照射到小片铜焊料上，观察温度表上的温度变化情况；
3、将光电池连接到电源柜上，调节电源柜上的输出电压，观察光电池上的电流值，以及光电池的温度变化情况；
4、将照相机连接到光电池上，打开照相机，拍摄光电池的照片，观察光电池的外观变化。

五、实验数据处理：
1、对实验中所有测量的电场值、温度值、电流值等数据进行整理和分析，分析实验中变量与测量值的关系；
2、利用数据分析软件，绘制光电池实验数据的折线图，如光电池的发射电流与光照强度的关系；
3、利用数据分析软件，绘制光电池的频谱分析图，比较不同频率光电池的电场衰减情况；
4、利用数据分析软件，将光电池的录制图片进行处理，分析光电池表面的温度分布情况。

光电效应实验数据处理(最全)word资料λ/nmv/手动Ua 自动Ua 3658.2131.7661.768 4057.4081.4061.408 4366.8791.1861.188 5465.490.6020.608 5775.1960.4620.46普朗克常数第8卷第4期北华大学学报(自然科学版Vol.8No.42020年8月JOURNAL OF BEIHUA UN IV ERSIT Y (Natural Science Aug.2020文章编号:100924822(20200420303203光电效应测量普朗克常量实验的研究陈若辉1,郭赫2(1.北华大学物理学院,吉林吉林132033;2.中国人民解放军防化指挥工程学院基础部,北京102205摘要:根据准爱因斯坦光电方程确定了阴极电流曲线的类型,分析实测电流的组成及形成原因,对实验数据进行处理和对曲线进行拟合,得到了较好的实验结果.关键词:爱因斯坦光电方程;普朗克常量;曲线拟合中图分类号:O436.4文献标识码:A收稿日期:2020210216简介:陈若辉(1968-,男,实验师,主要从事光学实验研究.用光电效应测量普朗克常量实验是国内外高校普遍开设的一个典型近代物理实验.然而,我们知道,测量普朗克常量h 时,不同温度、不同仪器、不同人所测定结果差异较大,很难获得较高精度和可重复的结果,说明该实验存在较大的系统误差和偶然误差.若要通过该实验得到较高精度的可重复的结果,首先,应完善实验原理,提高仪器的精度;其次,采用适当办法,降低偶然误差.本实验用图解法求解,从确定曲线类型出发,通过曲线拟合,来降低偶然误差.1实验原理现今,利用光电效应测普朗克常量实验所依据的理论基础是爱因斯坦光电方程h ν=12m V 2m +A ,(1.1其中,m 和V m 是光电子的质量和最大初速度,A 为逸出功,h 为普朗克常量,ν为入射光的频率.当光电流刚好为零时,光电管两极间所加反向电压U S 称作截止电压,此时爱因斯坦光电方程可表示为h ν=eU S +A ,(1.2其中,e 为电子电量,逸出功A 与阴极材料有关,由式(1.2知U S 与ν是线性关系,通过测量不同频率光的截止电压U S ,可作U S 2ν直线,由其斜率求出普郎克常量h [1].然而,实验通常是在室温下进行的,实验所依据的爱因斯坦光电方程只是在绝对温度为0K 时才成立.在室温条件下,由于热激发,光电子没有确定的最大动能,也没有明确的截止电压U S ,阴极光电流曲线以渐进的方式趋近于零[2,3].文献[2]作了热修正,得到了光电流密度方程为J (U =4πm βk 2T 2 D h 3exp h ν-A K T exp -eU K T ,(1.3其中,U 为两极所加的反向电压;J (U 是反向电压为U 时的光电流密度;β是光子对所有能量的电子等概率激发的概率值;K 为玻耳兹曼常量;T 为绝对温标; D 为光电子穿过金属表面势垒的平均透射系数.将式(1.3两边取对数并整理得到任意温度下的准爱因斯坦光电方程h ν=A -ΔE +e U ′S =A ′+e U ′S ,(1.4其中,A ′=A -ΔE ,ΔE =KT ln 4πem K 2T 2 D h 3J [U ],ΔE 为动能最大的光电子所具有的能量,它是光电流密度J 和温度T 的函数,当T =0K 时,A ′=A ,即爱因斯坦光电方程是任意温度下的准爱因斯坦光电方程在T=0K 时的特殊形式.本实验的理论基础是准爱因斯坦光电方程,实验原理更加完善.在此基础上,要获得较好结果,关键是排除各种干扰,准确测量出各选定波长的入射光产生的阴极电流及其对应的电压值.2实测电流的组成及形成原因排除周围环境杂散光的影响,实测光电流主要由微弱漏电流、阳极光电流和阴极光电流组成.当无光照射光电管时,漏电流是因光电管的阴阳两极漏电而产生的微弱电流.光电管的阴极上均匀涂有逸出功很小的光敏材料,且阴极受光面积远远大于阳极,在可见光照射下会发射电子而形成阴极电流.阳极反向光电流的形成是由于阴极光敏材料在使用过程中会溅射并沉积到阳极上,在可见光照射(或反射下也会发射电子而形成阳极反向光电流[4].在实验中,我们尽量避免光直接入射到阳极,但从阴极散射到阳极的光是避免不了的,因此,阳极光电流与阴极光电流并存.通常,实验是在室温下进行的,一定存在热效应,这样阳极光电流和阴极电流应为光效应和热效应共同作用产生的电流.3阴极电流曲线类型以及实验中获得阴极电流的方法我们在实验中采用“减速电势法”测量阴极光电流并求出普朗克常量h ,即阳极加负电势,阴极加正电势.阴阳两极的这种接法,对于阴极发射的光电子起减速作用,而对于阳极发射的光电子却起加速作用.由于阳极反向电流很小,当反向电压大于某一较小值(0.5V 时,阳极电流就能达到饱和,可视为一定值I s .而反向电压过小时,阳极电流未达到饱和,电流曲线是非线性的.设光电管的阴极接受光的有效面积为S ,对应所产生的光电流为I ,由式(1.3可得I =S ・J (U =4πm βk 2T 2 D S h 3exp h ν-A K T exp -eU K T .(3.1上式表明,当用确定频率的入射光照射阴极,温度不变时,4πm βk 2T 2 D S h 3exp h ν-A K T 为一定值,在电压U 的作用下,产生的阴极电流I 为e 指数型曲线.这样即可在计算机上对曲线和数据进行各种处理.设I 2和G 为光电管两级间漏电流及漏电导,可表示为I 2=GU.(3.2当反向电压足够大时,阳极电流达到饱和,用“减速电势法”实验测得的总电流I ′为I ′=I +I s +I 2,(3.3变换得I =I ′-I s -I 2=I ′-I s -GU.(3.4以阴极电流I 为参考方向,I s 电流方向与I 相反,取负值;I 2与I 方向相同,取正值.式(3.4为我们提供了实验中获得阴极电流的方法.4实验仪器实验仪器为东南大学生产的GP 21型普朗克常量测定仪,光源为GGQ 250WHg 仪器用高压汞灯,N G 型滤色片,滤选365,405,436,546,577nm 等谱线.GP 21型电流放大器的测量范围是10-6~10-12A ;电压量程为-3~3V ,读数精度为0.02V.实验在27℃的室温下进行.5实验步骤及结果此方法测量普朗克常量实验步骤与标准的光电效应测量普朗克常量不同之处需调整光源距离,使选定的不同频率入射光的光强基本相同,其他实验步骤与标准的光电效应测量普朗克常量相同,但数据的处理方法不同.本实验数据处理过程可分为如下几个步骤:(1实验测得每一组电流及其对应的电压数据后,由式(3.4可知,在光电流中扣除阳极饱和电流和漏电流(漏电流很小,可略去,得到一组相应的阴极光电流I 和电压U.(2选取每个数据中阴极光电流变化较显著,且阳极电流已经饱和(U >0.5V ,I >0A 的数据部分作为数据源(这种选择可以减小阳极电流对阴极电流的影响,应用Office 软件给出阴极I 2U 曲线图,如图1所示,系列1,系列2,系列3,系列4,系列5分别为波长为365,405,436,546,577nm 的U 2I 函数关系曲线.(3对不同频率入射光的光电流曲线,用电流大小相当于仪表最小刻度相当的值,如I =1×403北华大学学报(自然科学版第8卷10-12A 的直线去截各阴极I 2U 曲线,得各自对应的所谓截止电压U ′S ,如表1所示.将不同入射光的频率ν及其对应的截止电压U ′S 作为一组数据源,应用Office 软件给出U ′S 2ν曲线图,进一步可得拟合直线,如图2所示.由图2之直线斜率b 并计算得h =be =6632×10-34J ・S ,与普朗克常量公认值十分接近.图1U 2I 函数曲线图2U ′S 2ν函数曲线Fig.1Curve of U 2I ’s functionFig.2Curve of U ′S 2νfunction 表1光电流的截止电压Tab.1Ray radiation current of stopping voltageλ/nm ν/1014HzU ′S /V 3658.2-2.204057.4-1.74436 6.9-1.70546 5.5-1.05577 5.2-0.926结论本实验的理论基础是准爱因斯坦光电方程,实验原理更加完善.本实验无论是对阴极光电流的数据处理,还是通过U ′S 2ν曲线求斜率b 的数据处理,都采用了Office 软件对曲线进行拟合,这在很大程度降低了偶然误差;同时作图中采用了添加趋势线方法,大大提高了测量的精度,因此,使测量值接近普朗克常量的公认值.参考文献:[1]章佳伟.在光电效应实验中用曲线法测普朗克常量[J ].物理实验,2003,23(11:42244.[2]杨际青.改进的光电效应测量普朗克常量外推法实验[J ].大学物理,2003,22(12:38240.[3]杨际青.爱因斯坦光电方程与光电效应实验外推法[J ].大学物理,2003,22(3:27229.[4]杨述武.普通物理实验(4[M ].北京:高等教育出版社,2002:1482152.Exp eriment of Planck Constant Mea sured with Methodof Photoelectric E ffectCHEN Ruo 2hui 1,GUO H e 2(1.Science College of Beihua U niversity ,Jili n 132033,Chi na ;2.B asic Courses Depart ment of Instit ute of Chem ical Def ence PL A ,Beiji ng 102205,Chi naAbstract :According to Einstein photoelectric quasi 2equation ,cathode current curvilinear type is determined ,composition of actual measuring current and form reasons are analyzed ,Excel software is applied to process experiment datum and carry on curve fitting ,better experiment results are attained.K ey w ords :Einstein photoelectric equation ;Planck constant ;Curve fitting 【责任编辑:吕洪斌】503第4期陈若辉,等:光电效应测量普朗克常量实验的研究实验四十光电效应测定普郎克常数【实验目的】1. 了解光电效应的基本规律，验证爱因斯坦光电效应方程。

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[ 3 ] 张淑清 ,姜万录. 单片微型计算机接口技术及其应 用[ M ] . 北京 :国防工业出版社 ,2001. 8 ,210.
ADC0809 的时钟. 单片机与微机之间的通信采用
RS2232C 标准接口 ,全双工通信方式 ,双方约定采
用 1 200 bps 的通信速率 ,8 位数据位 ,1 位停止
位 ,无奇偶校验. 单片机的通讯部分程序如下 :
OR G 0100 H
MA IN : MOV TMOD , # 20 H ;设 T1 为定时方式 2
CSerial∶∶Close ( void ) ———用于关闭通讯端
λ/ nm 577. 0 546. 1 435. 8 404. 7 365. 0
图 3 U s2ν曲线 表 1 实验数据 ν/ (1014 Hz) 5. 199 5. 493 6. 884 7. 413 8. 319
Us/ V - 0. 29 - 0. 42 - 0. 96 - 1. 10 - 1. 59
uAverage = uAverage/ iResult Groups ;
/ / 电压的平均值
ffAverage = ffAverage/ iResult Groups ;
/ / 频率平方的平均值
fuAverage = fuAverage/ iResult Groups ;
/ / 频率电压积的平均值
DAC0832 ,与微机串行接口的通信采用 1488 和