光电效应测普朗克常量

光电效应测量普朗克常量实验报告实验报告光电效应测量普朗克常量实验目的：1.测量汞灯光源的波长和频率；2.用光电效应法测量普朗克常量。

实验器材：1.试验台座；2.真空泵；3.光电管；4.放大器；5.减压阀；6.恒流源；7.多用电表；8.汞灯；9.光栅。

实验原理：1.电子当量e和普朗克常量h的关系式为eU=hf-φ；2.利用光电管的光电效应，测量φ和f，即可求得h。

实验步骤：1.按照实验原理组装光电效应测量普朗克常量的实验装置；2.打开汞灯光源和真空泵，使得试验装置真空度达到10^-4帕；3.在试验装置内部架设光栅，调整其位置和角度，使其满足“同轴光栅条件”；4.调整汞灯位置，得到暗纹和亮纹交替出现的明显的光谱条纹；5.调节汞灯电压，改变其波长，得到不同的光谱条纹；6.开启光电管；7.测量光电管的阴极工作电位（缺口电压），调节不同电压，观察光电流的变化；8.在不同波长下测量不同缺口电压，建立缺口电压U与停只管阈频率f的关系曲线；9.用最小二乘法对曲线进行线性拟合，求取其斜率k；10.用公式 h=k/e 计算出普朗克常量h。

实验结果：1.测得不同波长下的光栅间距（即光源的频率）和相应的缺口电压如下表所示：2.根据表格数据统计可得，数据经过计算和数据处理后，得到普朗克常量的平均值为6.63×10^-34 J·s。

我们与文献值相对误差1.2%左右，误差范围较小，说明实验结果比较可靠。

实验结论：通过本次实验，我们利用光电效应测量了普朗克常量，并且得到的实验结果与文献值相差不大，较为准确。

同时，我们也了解了光电效应的实验方法和原理，掌握了实验技能。

用光电效应测量普朗克常量【实验目的】1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律；2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法；3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。

【实验仪器】光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪【实验原理】1、存在截止频率v0 ：每一种金属都有一极限频率,当入射光的频率低于截止频率时，无论光的强度如何都没有光电子产生；（v0 红限频率）2、光电效应中产生光电子速度（初动能）与光强无关，而与入射光的频率成正比；3、瞬时效应：只要v>v0立即引起光电子发射(时间间隔小的可以忽略不计)4）当AKU大于或等于U0 后，I迅速增加然后趋于饱和。

饱和光电流强度Im 与入射光强P成正比。

然而对于这些实验事实，经典的波动理论无法给出圆满的解释爱因斯坦受普朗克量子假设的启发，提出了光量子假设，当光子照射金属时，金属中的电子全部吸收光子的能量hv，电子把光子能量的一部分变成它逸出金属表面所需的功W，另一部分转化为光电子的动能，即爱因斯坦光量子理论圆满地解释了光电效应的各条实验规律光强2 >光强1aU AKUI光强光强1S2IS1I光子能量: v：光子频率 h：普朗克常数光强： N:单位时间通过单位面积的光子个数当221mmveU时，光电子动能将变为零，eU代表光电子的最大初动能存在截止电压U0光电子的最大初动能等于它反抗电场力所做的功普朗克常数的测量：得截止电压U0与入射光频率v成直线关系：实验中可用不同频率的入射光照射，分别找到相应的遏止电压U0 ，就可作出U0～ v的实验直线，此直线的斜率就是k=h/e则普朗克常数：五、实验内容与步骤1、调整仪器(1)连接仪器；接好电源，打开电源开关，充分预热（不少于20分钟）。

(2)在测量电路连接完毕后，没有给测量信号时，旋转“调零”旋钮调零。

每换一次量程，必须重新调零。

(3)取下暗盒光窗口遮光罩，换上365.0nm滤光片，取下汞灯出光窗口的遮光罩，装好遮光筒，调节好暗盒与汞灯距离。

实验五、光电效应测普朗克常量普朗克常量是量子力学当中的一个基本常量，它首先由普朗克在研究黑体辐射问题时提出,其值约为s J h ⋅⨯=-3410626069.6，它可以用光电效应法简单而又较准确地求出。

光电效应是这样一种实验现象，当光照射到金属上时，可能激发出金属中的电子。

激发方式主要表现为以下几个特点：1、光电流与光强成正比2、光电效应存在一个阈值频率（或称截止频率），当入射光的频率低于某一阈值频率时，不论光的强度如何，都没有光电子产生3、光电子的动能与光强无关，与入射光的频率成正比4、光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光电子（延迟时间不超过910-秒），停止光照，即无光电子产生。

传统的电磁理论无法对这些现象对做出解释。

1905年，爱因斯坦借鉴了普朗克在黑体辐射研究中提出的辐射能量不连续观点，并应用于光辐射，提出了“光量子”概念，建立了光电效应的爱因斯坦方程，从而成功地解释了光电效应的各项基本规律，使人们对光的本性认识有了一个飞跃。

1916年密立根用实验验证了爱因斯坦的上述理论，并精确测量了普朗克常数，证实了爱因斯坦方程。

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

实验目的1、 通过实验理解爱因斯坦的光电子理论，了解光电效应的基本规律；2、 掌握用光电管进行光电效应研究的方法；3、 学习对光电管伏安特性曲线的处理方法、并以测定普朗克常数。

实验仪器GD-3型光电效应实验仪（GD Ⅳ型光电效应实验仪）图1 光电效应实验仪实验原理1、 光电效应理论：爱因斯坦认为光在传播时其能量是量子化的，其能量的量子称为光子，每个光子的能量正比于其频率，比例系数为普朗克常量，在与金属中的电子相互作用时，只表现为单个光子：h εν= (1)212h mv W ν=+ (2) 上式称为光电效应的爱因斯坦方程，其中的W 为金属对逃逸电子的束缚作用所作的功，对特定种类的金属来说，是常数。

光电效应测普朗克常量【实验目的】1、研究光电管的伏安特性及光电特性；2、比较不同频率光强的伏安特性曲线与遏止电压；3、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解；4、验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常量h 。

【实验仪器】FB807型光电效应(普朗克常数)测定仪(实验仪器的组成见图1)。

1、实验仪器构成：FB807型光电效应(普朗克常数)测定仪由光电检测装置和测定仪主机两部分组成。

光电检测装置包括：光电管暗箱、汞灯灯箱、汞灯电源箱和导轨等。

2、实验主机为FB807型光电效应(普朗克常数)测定仪，该测定试仪是主要包含微电流放大器和直流电压发生器两大部份组成的整体仪器。

3、光电管暗箱：安装有滤色片，光阑（可调节）、档光罩、光电管。

4、汞灯灯箱：安装有汞灯管、档光罩。

5、汞灯电源箱：箱内安装镇流器，提供点亮汞灯的电源。

图中1—电流量程调节旋钮及其量程指示； 2—光电管输出微电流指示表；； 3—光电管工作电压指示表； 4—微电流指示表调零旋钮； 5—光电管工作电压调节（粗调）； 6—光电管工作电压调节（细调）； 7—光电管工作电压转换按钮：按钮释放测量截止电位，按钮按下测量伏安特性； 8—光电管暗箱； 9—滤色片，光阑（可调节）总成； 10—档光罩； 11—汞灯电源箱； 12—汞灯灯箱。

【实验原理】图2是用光电管进行光电实验，测量普朗克常数的实验原理图。

图1图2 实验原理图爱因斯坦认为从一点发出的光不是按麦克斯韦电磁学说指出的那样以连续分布的形式把能量传播到空间，而是频率为ν的光以h ν为能量单位(光量子)的形式一份一份地向外辐射。

至于光电效应，是具有能量h ν的一个光子作用于金属中的一个自由电子，并把它的全部能量都交给这个电子而造成的。

金属中的电子吸收一个频率为ν的光子时，便会获得这个光子的全部能量，如果这些能量大于电子摆脱金属表面的逸出功W (或功函数)，电子就会从金属中逸出。

按照能量守恒原理有W m h m +=221υν （1） 此式称为爱因斯坦方程。

光电效应测量普朗克常量一、前言光电效应是物理学中的一个基础概念，它是指当光子与物质相互作用时，能量被传递给物质，导致电子从物质中被释放出来。

这个现象在我们日常生活中有很多应用，比如太阳能电池板、数字摄像机和光电二极管等。

而在科学研究中，测量普朗克常量也是非常重要的一个任务。

二、什么是普朗克常量普朗克常量（Planck constant）是一个基本的自然常数，通常用符号h表示。

它描述了微观世界的行为方式，在量子力学中起着重要作用。

普朗克常量的数值为6.62607015×10^-34 J·s。

三、什么是光电效应在经典物理学中，我们认为当电磁波照射到金属表面时，金属会吸收能量并将其转化为热能。

但实际上，在某些条件下，金属表面会释放出电子。

这个现象就是光电效应。

四、测量普朗克常量的方法测量普朗克常量有很多方法，其中一种比较常见的方法是通过光电效应来测量。

这个方法基于爱因斯坦的光电效应理论，即当光子与金属相互作用时，会将能量传递给金属表面上的电子，使其跃迁到导体内部。

如果我们知道了光子的能量和电子从金属表面跃迁到导体内部所需要的最小能量（也就是逸出功），就可以通过测量电流和光强度来计算出普朗克常量。

五、实验步骤1. 实验器材：半导体激光器、反射镜、滤波器、准直器、样品台、数字万用表等。

2. 调整激光器输出波长和功率，使其符合实验要求。

3. 将激光束准直后，通过反射镜将其照射到样品台上的金属表面。

4. 在样品台上放置不同材质的金属片，并调整滤波器，使得只有特定波长的光线可以照射到金属片上。

5. 测量不同波长下的电流和光强度，并计算出逸出功。

6. 根据逸出功和不同波长下的能量差，计算出普朗克常量。

六、实验注意事项1. 实验过程中要保证实验器材的稳定性和精度。

2. 选择适当的金属片和滤波器，确保实验数据的准确性。

3. 在实验过程中要注意安全，避免激光对眼睛造成伤害。

七、结论通过测量光电效应可以得到逸出功和能量差，进而计算出普朗克常量。

光电效应测普朗克常量实验报告1.引言光电效应是指金属表面被光照射时，光子与金属中自由电子相互作用，将光子的能量转化为电子的动能，从而产生电流的现象。

普朗克常量是描述光电效应的重要物理常量，它与光子的能量之间存在着一种基本关系。

本实验旨在通过测量不同波长的光照射下，光电流随光强度变化的实验数据，并利用实验数据计算普朗克常量。

2.实验仪器和原理本实验使用的主要仪器有：石英光电管、可调光源、微安表、测微器等。

光电管是一种将光信号转化为电信号的装置，它的工作原理是当光子通过光电管时，会与金属中的电子发生作用，使电子获得一定动能，从而产生电流。

光电管经过光阑限制只能接收到一束经过光衰减器调节的光，调节光强度可以通过改变光衰减器的旋钮来实现。

3.实验步骤1)首先，通过调节光源的光强度，使得微安表刻度在合适的量程范围内，并记录下光源的功率。

2)为了确定光电流与光强度之间的关系，可以通过固定光源功率，逐渐改变入射光的波长，测量光电流随光强度变化的实验数据。

3)将实验数据整合，并画出光电流随光强度的曲线图。

4)利用实验数据计算普朗克常量。

4.结果与分析根据实验数据整理后，我们得到了光电流随光强度变化的曲线图。

在实验过程中，我们发现当光源功率较小时，光电流与光强度之间存在线性关系；但当光源功率增大时，光电流与光强度之间出现饱和现象。

这是因为当光源功率较小时，每个光子与光电管中的电子发生作用的概率较小，因此光电流与光强度存在线性关系；而当光源功率较大时，大量光子与电子作用，光电流已接近饱和状态，无法再继续增大。

利用实验数据计算得到的普朗克常量与理论值相比较，可以发现它们在实验误差内是一致的。

这说明通过测量光电流与光强度的关系，我们能够较为准确地测量出普朗克常量。

5.实验误差分析和改进措施1)采用更为精确的仪器和测量方法，如使用高精度的功率计和微安表。

2)提高实验的精度，增加实验重复性，减小人为操作的影响。

3)通过加大光衰减器的步长，并且测量多个数据点，可以更好地捕捉到光电流与光强度之间的关系。

光电效应测普朗克常量
光电效应是指当金属被光照射时，金属表面发射出电子的现象。

测量光电效应可以用来确定普朗克常量的值。

具体实验步骤如下：
1. 准备一块金属样品作为实验对象。

2. 将金属样品放置在真空室内。

3. 用一束单色光照射金属样品。

光的波长可以通过调节单色仪来控制。

4. 测量照射金属样品所需的最小电压，使得金属表面开始发射电子。

这个电压被称为截止电压。

5. 根据光的波长和截止电压的关系，可以计算出普朗克常量的值。

6. 为了准确测量截止电压，必须使用高精度电压测量设备，并且需要进行多次测量取平均值。

需要注意的是，实验中所使用的金属样品必须具有一定的工作函数，并且在照射过程中必须保持表面清洁，以保证实验的准确性。

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UoL=400mm ；光阑孔径φ=4mm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L=400mm ；光阑孔径φ=4mm分别用五种滤光片，电压从0V-50V，每2V测量一次电流值使用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，并求出关系式选择波长405nm L=400mm U=20V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。

用光电效应测定普朗克常量光电效应是指当光在某些物质表面照射时，会引起物质中电子的退出，产生电子波动现象。

该效应是经典物理学无法解释的。

为了解释这种现象，普朗克在1900年提出了一个新理论，即能量是以分立的量子方式存在，这就是量子理论的开端。

普朗克常量是量子理论中非常重要的一个量，它描述了量子之间的关系，也是光电效应实验中需要测定的重要物理量。

测定普朗克常量的方法之一就是利用光电效应。

光电效应实验装置是一个小型的真空室，内部有一个光源，用于产生电子。

光源辐射出光子，光子通过光阑进入真空室，并照射在钨箔表面。

由于钨箔表面的一些原子具有光电子能级，当光子的能量大于该能级时，钨原子会发射出光电子。

发射的光电子进入一个高压的电子收集器中，最终通过电路输出到计数器上得到电流值。

通过改变光源、光强、电压等实验条件，可以测量出光电子的最大动能和该光子的能量。

根据爱因斯坦的公式：光子的能量等于光电子最大动能和钨金属表面逸出功之和，用光电效应实验可以得出一组光子能量和对应光电子最大动能的数值。

将这些数值带入公式：E = hν (其中，E为光子的能量，ν为光子的频率，h为普朗克常量)便可以计算出普朗克常量h的值。

光电效应实验是测定普朗克常量的一种重要方法。

通过该实验可以探索光子与物质之间的相互作用、光的波长和频率、钨金属的电子结构等重要问题。

与其他测定方法相比，光电效应实验的优点在于实验过程简单直观，且结果精确可靠。

随着现代科技的不断发展，光电效应实验已成为物理学和工程领域中不可或缺的实验技术，将继续为科学技术的进步做出贡献。

测量普朗克常量的方法测量普朗克常量是一个极其复杂和精密的任务，因为其值与微观世界的量子物理现象相关。

普朗克常量（h）是一个基本常量，它在量子力学中用于描述能量的离散性和辐射的特性。

在计算普朗克常量的值时，实验方法通常涉及到一些与光子相关的现象，例如光的辐射频率、能量及粒子数量的计数等。

下面将介绍几种用于测量普朗克常量的常见实验方法：1. 光电效应法：光电效应是描述光和金属之间相互作用的现象。

根据爱因斯坦的光电方程（E = h ν- Φ），其中E是光电子的能量，h为普朗克常量，ν为光的频率，Φ为光电子的逸出功。

通过测量光的频率和光电子的能量，可以得到普朗克常量的值。

2. 涡流衰减法：涡流衰减法（Eddy current damping method）利用了涡流现象的特性。

涡流是指当金属材料或导体中有变化的磁场时，会产生感应电流。

根据感应电流大小的衰减情况，可以计算得到普朗克常量的值。

3. 基于约瑟夫森效应的荧光检测法：约瑟夫森效应是描述被束缚在两个高身势电子之间的原子发生共振跃迁的现象。

这种共振跃迁会导致发射光子的能量有离散的特性。

通过测量共振频率和发射光子的能量，可以得到普朗克常量的值。

4. 基于量子霍尔效应的电阻计量法：量子霍尔效应是指在二维电子系统中，当施加磁场时，电子的霍尔电阻呈现为量子化的现象。

通过测量霍尔电阻的量子化值和磁场强度，可以计算得到普朗克常量的值。

5. X射线研究法：利用X射线的特性和普朗克常量的关系，可以通过测量X射线的特性参数，如频率和能量，来计算普朗克常量的值。

以上只是一些测量普朗克常量的常见实验方法，每种方法都需要使用非常精密和复杂的实验仪器，以及高度精确的数据处理和分析。

此外，为了减小误差，通常需要采用多种方法的组合来测量普朗克常量的值，并对多次实验结果进行平均处理。

值得注意的是，测量普朗克常量的方法需要依赖激光技术、高精度光学仪器以及精确的实验设计和探测技术等。

由于普朗克常量的精确测量对于精确的物理研究具有重要意义，因此，科学界一直致力于推动测量方法的改进和精确度的提高。

4光电效应法测普朗克常量PB05007204 李东永实验目的：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：1．光电效应实验原理如右图所示。

其中S 为 真空光电管，K 为阴极，A 为阳极。

2．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。

3． 光电子的初动能与入射频率之间的关系 由爱因斯坦光电效应方程A mv hv +=221可见：光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。

4． 光电效应有光电阈存在实验指出，当光的频率0v v <时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程可知：hAv =0，ν0称为红限。

爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：ji j i v v U U e h --=)(实验仪器：光电管、单色仪（或滤波片）、水银灯、检流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等，接线电路如右图所示。

实验内容：1．在365nm 、405nm 、436nm 、546nm 、577nm 五种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线，并根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常量h 。

2．作a U v -的关系曲线，用一元线形回归法计算光电管阴极材料的红限频率、逸出功及h 值，并与公认值比较。

3．在波长为577nm 的单色光，电压为20V 的情况下，分别在透光率为25%、50%、75%时的电流，进而研究饱和光电流与照射光强度的关系原始数据：1．波长为365nm:2. 波长为405nm:3.波长为436nm:4.波长为546nm:5. 波长为577nm:6. 波长为577nm,电压为20V:数据处理:一 . 做出五个U-I 1．波长为 1.425-2246810121416I / u A2．波长为3．波长为2468I /u A4.波长为-0.8865.波长为Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A-0.173550.61919 B 0.176260.08758------------------------------------------------------------R SDN P------------------------------------------------------------ 0.8182 0.17408 4 0.1818 ------------------------------------------------------------3.由上面线性拟合可得: 普朗克常量为3414191082.210176.0106.1)(---⨯=⨯⨯⨯=--=ji j i v v U U e h红限为 Hz h A v 13341901084.91082.2106.1174.0⨯=⨯⨯⨯==-- 三. 饱和光电流和光强的关系（λ=577nm,U=20V ）20304050607080901001100.40.60.81.01.21.41.6I / u A%Y = A + B * XParameterValueError------------------------------------------------------------A 0.10.09487 B0.01440.00139------------------------------------------------------------RSDNP------------------------------------------------------------ 0.990870.0774640.00913得出结论:1. 实验测得的普朗克常量为341082.2-⨯=h ;单位？ 2. 实验测得的红限为Hz v 1301084.9⨯=;3. 饱和光电流和光强基本上成线性关系;误差分析:实验结果中的误差是很大的.经分析,出现误差的最主要原因应该是遏止电位差测量的不精确.. 由于存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流（即无光照射时的电流），所以测得的电流值，实际上包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分，所以伏安曲线并不与U 轴相切,进而使得遏止电位差的判断较为困难.因此,实验的成败取决于电位差是否精确.为了减小实验的误差, 确定遏止电位差值，本实验中采取了交点法测量遏止电位差,但是实验的结果中的误差仍然很大,因此要在实验的同时注意以下一些注意事项以尽量减小误差。

光电效应法测普朗克常量PB10011064 赵康菲一．实验名称：光电效应法测普朗克常量二．实验目的：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，逸出功和截止频率，测量光电管的伏安特性曲线。

三．实验原理：（详见预习报告）四．实验仪器：汞灯，光电管，检流计，。

五．实验内容及数据处理。

1.在光电管入光口装上365nm滤光片，调整电压为-3v，调整光源和光电管之间的距离，直到光电流为−0.3μA，固定此距离不再变动。

2.在365nm，405nm，436nm，546nm，577nm五种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线，并根据此曲线确定遏止电位差值，用一元线性回归法计算普朗克常量。

365nm光照下光电管的伏安特性曲线405nm光照下光电管的伏安特性曲线436nm光照下光电管的伏安特性曲线546nm光照下光电管的伏安特性曲线577nm光照下光电管的伏安特性曲线作出U a拟合得到的直线斜率k=0.328∗10−14，截距b=−1.30he=kh=ek=1.6∗10−19∗0.328∗10−14=5.25∗10−34J∗sAe=|b|A=b e=1.30∗1.6∗10−19=2.08∗10−19J红限频率γ0=Ah =2.08∗10−195.25∗10−34=3.96∗1014H Z普朗克常量公认值：h0=6.63∗10−34J∗s相对误差d=h0−hh0=6.63−5.256.63=20.8%，误差较大3.作出577nm光照下光电管的光电特性曲线，即饱和光电流与照射光强度的关系。

六．误差来源分析：1.实验仪器的系统误差，以及在实验中，周围环境对实验仪器性能的影响所带来的误差。

2.外界的杂散光干扰，电子逸出后不能全部打到阳极上。

实验十二用光电效应测定普朗克常量当一定频率的光照射到某些金属材料表面时，可使金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫光电效应．光电效应是经典电磁理论所不能解释的．光电效应实验及其光量子理论的解释是量子理论的生长点，在揭示光的波粒二象性方面具有划时代的深远意义，而普朗克常量正是量子理论与经典理论的联系常数．·实验目的1．通过实验加深对光的量子性的认识；2．用最高频滤波片，测量光电管的伏安特性曲线；3．通过光电管的弱电流特性，测出不同频率下的遏止电压（三种方法任选其一），求出普朗克常量；4．探究光电管的饱和光电流与入射光强的关系；探讨比较确定遏止电压的三种方法（自主设计实验方案）．·实验仪器高压汞灯，干涉滤光片，光阑，光电效应实验仪．ZKY-GD-3光电效应实验仪，如图12-1（a）所示．仪器由汞灯及电源，滤色片，光阑，光电管、测试仪（含光电管电源和微电流放大器）构成，仪器结构如图12-1（b）所示，测试仪的调节面板如图12-2所示．图12-1（a）光电效应实验仪实物图1 2 3 4 5 6 71汞灯电源 2汞灯 3滤色片 4光阑 5光电管 6基座 7实验仪光阑：3片，直径 2mm 、4mm 、8mm汞灯：可用谱线365.0nm 、404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、577.0nm 、579.0nm 滤色片：5片, 透射波长365.0 nm 、404.7 nm 、435.8 nm 、546.1 nm 、577.0nm 光电管：阳极为镍圈，阴极为银-氧-钾（Ag-O-K ），光谱响应范围 320 ~ 700nm ，暗电流：I ≤2×10-12A （-2 V ≤U AK ≤0 V ）光电管电源：2档，－2～0V ，－2～＋30V ，三位半数显，稳定度≤0.1%微电流放大器：6档，10-8—10-13A ，分辨率10-13A ，三位半数显，稳定度≤0.2%·实验原理一定频率的光照射到金属表面上，可以使电子从金属表面逸出．1905年爱因斯坦依照普朗克的量子假设，提出了光子的概念．他认为光是一群微粒流；频率为v 的光子具有能量νεh =，h 为普朗克常量．根据这一理论，当金属中的电子吸收一个频率为v 的光子时，便获得这光子的全部能量hv ，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功W ，电子就会从金属中逸出．按照能量守恒原理有：W m hv m +=221υ （9-1） 上式称为爱因斯坦方程，其中m 和m υ是光电子的质量和最大速度，221m m υ是光电子逸出表面后所具有的最大动能．它说明光子能量νh 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实验仪 图12-1（b ） 仪器结构示意图 图12-2 仪器前面板示意图h W /0=ν，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脱出功，因而0υ也是不同的．在实验中将采用“减速电势法”进行测量并求出普朗克常量h ．实验原理如图12-3所示．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 接正极，K 接负极时，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m I ，当0U U -≤，并满足方程：2021m m eU υ=(9-2) 时，光电流将为零，此时的0U 称为遏止电压．光电流与所加电压的关系如图12-4所示．将（9-2）式代入（9-1）式可得：eWe h U -=ν0 (9-3)它表示0U 与v 间存在线性关系，其斜率等于h /e ，因而可以从对0U 与v 的数据分析中求出普朗克常量h ．实验时测不出0U ，测得的是0U 与导线和阴极间的正向接触电势c U 之差'0U ，即c U U U -=0'0，将此式代入（9-3）式，可得：⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=e W U e h U c ν'0 （9-4）由于c U 是不随v 而变的常量，所以'0U 与v 间也是线性关系，如图12-5所示．图12-3 普朗克常量测定原理图图12-4 光电流与外加电压的关系不同频率时光电管的伏安特性曲线同一频率,不同光强时光电管的伏安特性曲线ν1 ν2I 1 I 2测量不同频率光的'0U 值，可求得此线性关系的斜率b ，由于ν∆∆==U e h b 所以 be h = （9-5）即从测得的数据求出斜率b ，乘以电子电荷e （=1.602×10-19C ）就可求出普朗克常量．由光电效应测定普朗克常量h ，需要排除一些干扰，才能获得一定精度的可以重复的结果．主要影响的因素有：1．暗电流和本底电流：光电管在没有受到光照时，也会产生电流，称为暗电流，它是由热电流、漏电流两部分组成；本底电流是周围杂散光射入光电管所致，它们都随外加电压的变化而变化，故排除暗电流和本底的影响是十分必要的．2．反向电流：由于制作光电管时阳极A 上往往溅有阴极材料，所以当光射到A 上或由于杂散光漫射到A 上时，阳极A 也往往有光电子发射；此外，阴极发射的光电子也可能被A 的表面所反射．当A 加负电势，K 加正电势时，对阴极K 上发射的光电子而言起了减速作用，而对阳极A 发射或反射的光电子而言却起了加速作用，使阳极A 发出的光电子也到达阴极K ，形成反向电流．这样实测的光电流应为阴极电流、暗电流和本底电流以及反向电流之和，如图12-6实线所示．图12-5 '0U -v 曲线图图12-6光电管的I-V 关系曲线·实验内容与步骤1．测试前准备仔细阅读光电效应实验指导及操作说明书．将实验仪及汞灯电源接通（汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上），预热20分钟．调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变．用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与实验仪电压输出端（后面板上）连接起来（红—红，蓝—蓝）．2．测光电管伏安特性曲线将“电流量程”选择开关置于所选档位（-2V-30V）（测伏安特性时处于10-10A 档），进行测试前调零．光电效应实验仪在开机或改变电流量程后，都会自动进入调零状态．调零时应将高低杠暗箱电流输出端K与实验仪微电流输入端断开，旋转“调零”旋钮使电流指示为000.0．调节好后，用专用电缆将电流输入连接起来，系统进入测试状态．将“伏安特性测试/遏止电压测试”状态键切换到伏安特性测试档位．λnm滤色片装在光电管暗箱光输入口上．将直径4mm的光阑及0.=365测伏安特性曲线时，电压调节的范围为-2～30V，步长自定．记录所测U AK及I的数据，在坐标纸上作出上述给定波长的伏安特性曲线．3．测量遏止电压，求得朗克常量h测量遏止电压时，“电流量程”开关应处于10-12A档．将直径4mm的光阑及365.0nm的滤色片装在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖．此时电压表显示U AK的值，单位为伏；电流表显示与U AK对应的电流值I，单位为所选择的“电流量程”．U时，可采用零电流法，即直接将各零电流法：在测量各谱线的遏止电压U．此法谱线照射下测得的电流为零时对应的电压U AK的绝对值作为遏止电压的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，用零电流法测得的遏止电压U～v曲线的斜率无大与真实值相差较小．且各谱线的遏止电压都相差ΔU对的影响，因此对h的测量不会产生大的影响．从低（-2 V）到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的U AK，以其绝对值作为该波长对应的U的值．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（套上灯盖），此时测得的电流1I为电压接近遏止电压时的暗电流和杂散光产生的电流．重新让汞灯照射光电管，调节电压U AK使电流值至1I，将此时对应的电压U AK作为遏止电压U．此法可补偿暗电流和杂散光产生的电流对测量结果的影响．拐点法：从-2 V起，缓慢调高外加直流电压，先注意观察一遍电流变化情况，记住使电流开始明显升高的电压值；针对各阶段电流变化情况，分别以不同的间隔施加遏止电压，读取对应的电流值．在上一步观察到的电流起升点附近，要增加监测密度，以较小的间隔采集数据在遏止电压附近阳极光电流上升很快，找出电流开始变化的“抬头点”，此时对应的电压的绝对值为所测的遏止电压U．以上介绍的三种方法可任选其中一种．依次换上404.7nm，435.8nm，546.1nm，577.0nm的滤色片，重复以上测量步骤．做出遏止电压与频率的关系图，用（9-5）式求出普朗克常量且与公认值作比较，计算标准偏差．·实验数据测量1.光电管在各波长光照下的伏安特性测量数据表滤色片波长365 nm光阑孔直径Φ= mmU AK(V)I(×10-11A) 405 nm光阑孔直径Φ= mmU AK(V)I(×10-11A) 436 nm光阑孔直径Φ= mmU AK(V)I(×10-11A) 546 nm光阑孔直径Φ= mmU AK(V)I(×10-11A) 577 nm光阑孔直径Φ= mmU AK(V)I(×10-11A)2.遏制电压测定数据表λ(nm)365 405 436 546 577f (×1014 Hz)8.22 7.41 6.88 5.49 5.20U (V)·实验注意事项1.测试前先预热汞灯，再将仪器调节到使用状态，每次换挡后注意调零操作．2.GD-3型光电管灵敏度高（具体参数见仪器介绍），但各产品的灵敏度会存在较大离散型，不同频率单色光的几条伏安特性曲线容易靠得太近，本实验选择最短波长的滤光片做一条伏安特性曲线．3.实验中光电流的显示会有所波动，读数时，可估读光电流的中间值．·历史渊源与应用前景1905年在解释光电效应实验时，经典理论遇到了挑战，爱因斯坦受到普朗克1900年解释黑体辐射时将谐振子能量量子化的启发，他认为辐射场本身也是量子化的，即提出了“光量子”假说，由此给出了著名的爱因斯坦光电效应方程．对于爱因斯坦的假说，R.A.密立根从1905年爱因斯坦的论文问世后经过10年左右艰苦卓绝的工作，1916年发表详细的实验论文，证实了Enstein方程的正确性，并精确测出了普朗克常量．A.Enstein和R.A密立根都因光电效应等方面的贡献，分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖．目前常用的CCD、硅光电池、光敏二极管、光电检流计等本身就是基于光电效应的原理设计制作的光电转换系统。

利用光电效应测定普朗克常量用光电效应测定普朗克常数是近代物理中关键性实验之一。

学习其基本方法, 对我们了解量子物理学的发展及光的本性认识, 都十分有益的。

根据光电效应制成的各种光电器件在工农业生产、科研和国防等各个领域有着广泛的应用。

通过本实验了解光的量子性和光电效应的基本规律, 验证爱因斯坦方程, 并由此求出普朗克常数。

[实验目的]1． 通过实验加深对光的量子性的了解。

通过光电效应实验, 验证爱因斯坦方程, 并测定普朗克常量。

[仪器和用具]汞灯, 干涉滤光片, 光电管, 微电流放大器, 微机。

[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 的光子具有能量ε= , 为普朗克常量。

根据这一理论, 当金属中的电子吸收一个频率为 的光子时, 便获得这光子的全部能量 , 如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功W, 电子就会从金属中逸出。

按照能量守恒原理有:+=221m m hv υW （1） 上式称为爱因斯坦方程, 其中 和 是光电子的质量和最大速度, 1/2 是光电子逸出表面后所具有的最大动能。

它说明光子能量 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 0=W/ , 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脱出功, 因而υ0也是不同的。

我们在实验中将采用“减速电势法”进行测量并求出普朗克常量h 。

实验原理如图图1 图21所示。

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Im, 当U ≤-U0, 并满足方程eU 0=221m mv (2)时, 光电流将为零, 此时的U0称为截止电压。

光电效应测普朗克常量实验报告（附实验数据及分析）实验题⽬:光电效应测普朗克常量实验⽬的: 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，使电⼦逸出物体表⾯，这种现象称为光电效应，逸出的电⼦称为光电⼦。

光电效应实验原理如图1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。

当U=U a 时，光电⼦不再能达到A 极，光电流为零。

所以电⼦的初动能等于它克服电场⼒作⽤的功。

即a eU mv =221 (1）每⼀光⼦的能量为hv =ε，光电⼦吸收了光⼦的能量h ν之后，⼀部分消耗于克服电⼦的逸出功A ，另⼀部分转换为电⼦动能。

由能量守恒定律可知:A mv hv +=221 （2）由此可见，光电⼦的初动能与⼊射光频率ν呈线性关系，⽽与⼊射光的强度⽆关。

3．光电效应有光电存在实验指出，当光的频率0v v <时，不论⽤多强的光照射到物质都不会产⽣光电效应，根据式（2），hAv =0，ν0称为红限。

由式（1）和（2）可得：A U e hv +=0，当⽤不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单⾊光分别做光源时，就有:A U e hv +=11,A U e hv +=22,…………,A U e hv n n +=,任意联⽴其中两个⽅程就可得到ji j i v v U U e h --=)( （3）由此若测定了两个不同频率的单⾊光所对应的遏⽌电位差即可算出普朗克常量h ，也可由ν-U 直线的斜率求出h 。