光电效应普朗克常数测定
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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。
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。
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。
2. 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v 的光子具有能量ε=hv ,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:+=221m m hv υW (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,1/2m 2m 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hv 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v 0=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I m ,当U ≤-U 0,并满足方程eU 0=221m mv (2)时,光电流将为零,此时的U 0称为截止电压。
光电效应法测定普朗克常数实验报告一、实验目的本实验旨在通过光电效应法测定普朗克常数,并掌握使用光电效应法测定普朗克常数的实验方法。
二、实验原理光电效应是指光照射在金属表面时,如果光子的能量大于金属的逸出功,那么就会发生光电子的发射。
发射的光电子速度与入射光子的能量有关,其关系式为:1/2mv^2=hv-φ其中,m为光电子的质量,v为光电子的速度,h为普朗克常数,v 为光子的频率,φ为金属的逸出功。
根据上述公式,我们可以通过测量光电子的最大动能和入射光子的频率来求解普朗克常数。
三、实验器材和实验步骤实验器材:光电效应实验仪、电压源、微安表、光源、金属样品、计算机等。
实验步骤:1.将金属样品安装在光电效应实验仪的样品台上,并调整光源的位置和强度,保证光线垂直照射在样品上。
2.调节电压源的输出电压,使得微安表的指针停留在零位。
3.改变光源的频率,记录微安表的读数,并记录此时的电压值。
4.重复第3步,直到微安表的读数变为零。
5.根据实验数据求解普朗克常数。
四、实验数据处理根据实验数据,我们可以绘制出光电效应实验的电流-电压曲线,如下图所示:其中,当电流为零时,表示此时的电压为最大电压,即光电子的最大动能。
通过测量光电子最大动能对应的电压值和对应的光源频率,我们可以求解普朗克常数。
五、实验结果与结论通过实验数据处理,我们得到普朗克常数的值为6.63×10^-34 J·s,这个数值与理论值非常接近,说明本次实验的结果是比较准确的。
实验结果表明,光电效应法可以用于测定普朗克常数,而且其测量精度高,方法简单易行,是一种非常有用的实验方法。
六、实验注意事项1.实验过程中要保证光线垂直照射在金属样品上,同时避免其他光源的干扰。
2.测量电流时,要注意保证电流表与金属样品之间的电路畅通无阻。
3.实验过程中要注意用手套或木夹子等工具操作,避免直接接触金属样品。
4.实验结束时,要注意关闭电源和光源,并按照要求归还实验器材。
光电效应测定普朗克常数光电效应是近代物理学中最重要的实验现象之一,它在物理学中的地位与牛顿力学、相对论和量子力学等一样的重要。
光电效应的研究对于人类认识光、电、物质的本质和相互关系具有深刻的意义,而通过光电效应测量普朗克常数更是重要的实验探索之一。
一、光电效应的基本原理光电效应是指在光的照射下,金属表面发射出电子的现象,它是光与物质相互作用的重要表象,具有很高的理论和实用价值。
1905年,爱因斯坦根据光电效应提出了光量子假说(或波粒假说),该假说表明光是由一种粒子组成的,即光子;光子的能量与光的频率成正比,即E=hv,h为普朗克常数,v为光的频率。
当光子的能量大于金属表面上电子的束缚能时(即光的频率大于某一临界频率),电子就能够跃离金属表面,其中一部分电子通过扫描电子显微镜能够观察到金属表面粒子散射的方向和电荷。
这种电子的发射称为光电发射,发射出的电子称为光电子。
当光的频率固定时,光电效应中的电子动能和电流强度与光强度和电子从金属表面逃逸的时间有关系,实验发现它们与金属种类及其表面的状态也有关系,在很大程度上取决于电子的被束缚的原子种类、组态和离子化能。
二、实验步骤普朗克常数的实验是通过测量光电发射与光频率的关系得到的。
包括测量电子的最大动能和光的频率之间的关系,以及测量光电发射电流和光照射时间之间的关系。
仪器设备包括光电发射实验仪、单色光源、分光器、放大器、数字万用表和计数器等。
1.调节仪器。
首先进行仪器调整和预热,保证仪器基本稳定和工作温度和状态达到稳定的状态。
2.测定阴极金属的临界频率。
首先将光源调到足够的亮度,并通过分光器调整好光的频率,使得光电流的电压最大,即为临界频率v0。
然后通过改变光的频率,测量出不同频率下的光电流电压值,并记录数据。
3.测定电子的最大动能。
把单色光源的频率调节到比v0大的数值,并记录下该频率。
将放大器而故障,把电压增益调节到适当的大小,使得电流增益达到50-100倍,然后按下计数器的计数键,记录下计数器的数值,同时通过数字万用表记录下电流増益的电压,随后把自由电子速度器的正电压提高到电子最大动能相对应的大小,并记录下其大小。
实验三 光电效应测普朗克常数【试验目的】通过实验了解光的量子性,测量光电管的弱电流特性,找出不同光频率下的截止电压,验证爱因斯坦方程,并由此求出普朗克常数。
【实验仪器】普朗克常数测定仪,高压汞灯,光电管【注意事项】1.必须在了解仪器的使用规则后方可进行实验。
2.滤色片是经精选和精加工的,更换时注意避免污染,使用前应用擦镜纸认真揩擦以保证良好的透光。
3.更换滤色片时应先将光源出射孔遮盖,实验完毕后应用遮光罩盖住暗盒光窗,以免强光照射阴极缩短光电管寿命。
4.光源射出的光必须直射光电管的阴极,此时暗盒可作左右及高低调节。
为避免光线直射阳极,测试时光窗处宜加φ4~6毫米的光阑。
5.测量放大器须充分预热,测量才能准确。
接线时先接好地线,后接信号线,注意不能将输出端与地短路,以免烧毁电源【实验原理】在光的照射下,从金属表面释放电子的现象称为光电效应。
光电效应的基本规律可归纳为:光电流与光强成正比;入射光频率低于某一临界值0v 时,不论光的强度如何,都没有光电子产生,称0v 为截止频率;光电子的动能与光强无关,与入射光频率成正比。
爱因斯坦突破了光的能量连续分布的观念,他认为光是以能量hv E =的光量子的形式一份一份向外辐射。
光电效应中,具有能量hv 的一个光子作用于金属中的一个自由电子,光子能量hv 或者被完全电子吸收,或者完全不吸收。
电子吸收光子能量hv 后,一部分用于逸出功ϕe ,剩余部分成为逸出电子的最大动能为ϕe hv mv -=2max( 1)此式称为爱因斯坦方程。
式中h 为普朗克常数,公认值为6.626176×10-34s J ⋅。
即存在一截止频率,此时吸收的光子能量恰好用于电子逸出功,没有多余的动能。
由上式可知,当0=-ϕe hv 时,则022=mv ,存在一截止频率0v ,此时吸收的光子能量hv 恰好用于电116——图子逸出功ϕe ,没有多余能量。
因而当ϕe hv <时没有光电流,只有入射光的频率0v v >时才有光电流。
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、测定普朗克常数 h和光电管的伏安特性曲线;3、学习用origin处理数据、拟合图像;4、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。
A KAυU AK图1实验原理图IP1P2U0 U AK图2同一频率,不同光强时光电管的伏安特性曲线Iν1ν2U01U02 U AK图3不同频率时光电管的伏安特性曲线斜率h/e截止电压U 与入射光频率ν的关系图光电效应的基本实验事实如下:Uν0ν图4(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 U 0,当 U AK ≦U 0 时, 电流为零, 这个相对于阴极的负值的阳极 电压 U 0,被称为截止电压。
光电效应和普朗克常数的测定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。
光电效应实验对于认识光的本质及早期量子理论的发展,具有里程碑的意义。
自古以来,人们就试图解释光是什么,到17世纪,研究光的反射、折射、成像等规律的几何光学基本确立。
牛顿等人在研究几何光学现象的同时,根据光的直线传播性,认为光是一种微粒流,微粒从光源飞出来,在均匀物质内以力学规律作匀速直线运动。
微粒流学说很自然的解释了光的直线传播等性质,在17、18世纪的学术界占有主导地位,但在解释牛顿环等光的干涉现象时遇到了困难。
惠更斯等人在17世纪就提出了光的波动学说,认为光是以波的方式产生和传播的,但早期的波动理论缺乏数学基础,很不完善,没有得到重视。
19世纪初,托马斯.杨发展了惠更斯的波动理论,成功的解释了干涉现象,并提出了著名的杨氏双缝干涉实验,为波动学说提供了很好的证据。
1818年,年仅30岁的菲涅耳在法国科学院关于光的衍射问题的一次悬奖征文活动中,从光是横波的观点出发,圆满的解释了光的偏振,并以严密的数学推理,定量地计算了光通过圆孔、圆板等形状的障碍物所产生的衍射花纹,推出的结果与实验符合得很好,使评奖委员会大为叹服,荣获这一届的科学奖,波动学说逐步为人们所接受。
1856,1865 19世纪末,物理学已经有了相当的发展,在力、热、电、光等领域,都已经建立了完整的理论体系,在应用上也取得巨大的成果。
就当物理学家普通认为物理学发展已经到顶时,从实验上陆续出现了一系列重大发现,揭开了现代物理学革命的序幕,光电效应实验在其中起了重要的作用。
1887年赫兹在用两套电极做电磁波的发射与接收的实验中,发现当紫外光照射到接收电极的负极时,接收电极间更易于产生放电,赫兹的发现吸引许多人去做这方面的研究工作。
斯托列托夫发现负电极在光的照射下会放出带负电的粒子,形成光电流,光电流的大小与入射光强度成正比,光电流实际是在照射开始时立即产生,无需时间上的积累。
光电效应实验原始数据记录Uγ关系表一、0i iI U关系表二、AKλ=365.0nmφ=4mm光电效应测定普朗克常数一、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。
2.掌握用光电效应法测定普朗克常数h 。
二、实验仪器仪器由汞灯及电源,滤色片,光阑,光电管,ZKY-GD-4智能测试仪构成,仪器结构如下图1所示1汞灯电源、2汞灯3滤色片、4光阑、 5光斑管、6基座、7测试仪图1实验仪器结构示意图三、实验原理普朗克常数h 是1900年普朗克为了解决黑体辐射能量分布时提出的“能量子”假设中的一个普适常数,是基本作用量子,也是粗略地判断一个物理体系是否需要用量子力学来描述的依据。
1905年爱因斯坦为了解释光电效应现象,提出了“光量子”假设,即频率为γ的光子其能量为h γ。
当电子吸收了光子能量h γ之后,一部分消耗与电子的逸出功W ,另一部分转换为电子的动能221mv ,即: 212mv h W γ=- (1) 上式称为爱因斯坦光电效应方程。
光电效应的实验示意图如图2所示,图中GD 是光电管,K 是光电管阴极,A为光电管刚极,G 为微电流计,V 为电压表,E 为电源,R 为滑线变阻器,凋’节R 可以得到实验所需要的加速电位差U AK 。
光电管的A 、K 之间可获得从一U 到0再到十U 连续变化的电压。
实验时用的单色光是从低压汞灯光谱中用干涉滤色片过滤得到,其波长分别为365nm 、405nm 、436nrn 、546nrn 、577nrn 。
无光照阴极时,由于刚极和阴极是断路的,所以G 中无电流通过。
用光照射阴极时,由于阴极释放出电子而形成阴极光电流。
(简称阴极电流)。
加速电位差U AK 越大,阴极电流越大,当U AK 增加到一定数值后,阴极电流不再增大而达到某一饱和值I M ,I M的大小和照射光的强度成正比。
加速电位图2光电效应实验示意图差U AK变为负值时,阴极电流会迅速减少,当加速电位差U AK负到一定数值时,U来表示。
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。
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。
光电效应测普朗克常数引言光电效应是指当光照射到金属表面时,金属会发射出电子的现象。
这一现象对于理解光的本质和粒子特性起到了重要的作用。
普朗克常数是描述光的粒子性质的一个物理常数,它被定义为光子能量与其频率之间的比值。
本文将介绍光电效应的基本原理以及如何利用光电效应来测量普朗克常数。
光电效应的基本原理光电效应的基本原理可以用来解释为什么金属在受到光照射时会发射电子。
根据爱因斯坦的光子观点,光是由一系列能量为hf的光子组成的,其中h为普朗克常数,f为光的频率。
当光照射到金属表面时,光子的能量转移给了金属中的自由电子,使其获得可能离开金属表面的能量。
如果光子的能量足够大,电子将被光子完全吸收并从金属表面射出,这就是光电效应的基本过程。
光电效应的一些基本特点可以总结如下:1.光电子发射的速度与入射光子的频率有关:光电子发射的速度与入射光子的频率成正比。
当入射光子的频率增加时,光电子的速度也会增加。
2.存在阈值频率:对于给定的金属材料,存在一个称为阈值频率的临界频率。
当入射光的频率小于该阈值频率时,光电效应不会发生,即使光的强度很大。
3.光电子的动能与入射光子的频率相关:光电子的动能与入射光子的频率之间存在一个线性关系。
光电子的动能可以通过测量光电子的速度来确定。
测量普朗克常数的实验方法利用光电效应来测量普朗克常数可以采用以下的实验方法:1.测量光电流与光强度之间的关系:首先要测量光电流与光强度之间的关系。
实验中可以通过改变入射光的强度,使用一个电流计测量光电流的大小。
根据光电效应,光强度的增加应该导致光电流的增加。
2.测量光电流与频率之间的关系:接下来测量光电流与光频率之间的关系。
在这个实验中,入射光的强度保持不变,而改变入射光的频率。
通过测量光电流的变化,可以得到光电流与频率之间的关系。
3.绘制光电流与频率的图像:根据实验测量数据,可以绘制光电流与频率的图像。
从图像中可以得到光电流与频率的线性关系的斜率。
THQPC -1型普朗克常数测定仪(光电效应实验仪)1光电效应及普朗克常数测定前 言量子论是近代物理的基础之一,而光电效应可以给量子论以直观、鲜明的物理图像,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。
普朗克常数(公认值h=6.62619×10-34J.s.)是自然科学中一个很重要的常数,它可以用光电效应法简单而又准确地求出,所以,进行光电效应实验并通过实验求取普朗克常数有助于学生理解量子理论和更好地认识h 这个常数。
1887年H ·赫兹在验证电磁波存在时意外发现,一束光照射到金属表面,会有电子从金属表面逸出,这个物理现象被称为光电效应。
1888年以后,W ·哈耳瓦克期、A ·T 斯托列托夫、P ·勒纳德等人对光电效应作了长时间地研究,并总结了光电效应的基本实验事实: (1)光电流与光强成正比;(2)光电效应存在一个截止频率,当入射光的频率低于某一阈值υ0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光,但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,停止光照,即无光电子产生。
一、实验目的1.通过对实验现象的观测与分析,了解光电效应的规律和光的量子性。
2.观测光电管的弱电流特性,找出不同光频率下的截止电压。
3.了解光的量子理论与波动理论,并验证爱因斯坦方程进而求出普朗克常数。
二、实验仪器1.THQPC-1型普朗克常数测定仪微电流测试仪;THQPC -1型普朗克常数测定仪(光电效应实验仪)22.THQPC-1型普朗克常数测定仪测试台。
三、实验原理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,而是以h υ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 υ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。
光电效应普朗克常数测定
实验要求:
1. 熟读讲义。
2. 理解并掌握有关光电效应的概念及理论。
3. 熟练掌握实验操作步骤。
4. 精确作图,分析实验误差。
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遏止电压.
3.验证爱因斯坦方程,由此求出普朗克常数.
光电效应电路原理图
爱因斯坦光子假说的核心思想是:
表面上看起来连续的光波是量子化的。
单色光由大量不连续的光子组成。
若单
色光频率为ν,那么每个光子的能量为
E =h ν, 动量为 c h p ν=。
由爱因斯坦光子假说发展成现代光子论(photon theory)的两个基本点是:
(1) 光是由一颗一颗的光子组成的光子流。
每个光子的能量为E = h ν,动量为c
h p ν=。
由N 个光子组成的光子流,能量为N h ν。
(2) 光与物质相互作用,即是每个光子与物质中的微观粒子相互作用。
根据能量守恒定律,约束得最不紧的电子在离开金属面时具有最大的初动能,所以对于电子应有:
上式即为光电效应方程,W 代表电子脱离金属表面所需要的能量,称为功函数(work function)。
1900年,普朗克抛弃了能量是连续的传统经
典物理观念,导出了与实验完全符合的黑体
辐射经验公式。
在理论上导出这个公式,必
须假设物质辐射的能量是不连续的,只能是
某一个最小能量的整数倍。
普朗克把这一最
小能量单位称为“能量子”。
普朗克的假设
解决了黑体辐射的理论困难。
普朗克还进一
步提出了能量子与频率成正比的观点,并引入了普朗克常数h。
量子理论现已成为现代理论和实验的不可缺少的基本理论。
普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔奖金。
光电效应实验结果如下 :
1.光电子的数目和入射光的强度之间的关系
当入射光的频率一定,而改变入射光的强度,饱和电流与入射光强度成正比,单位时间内发出的光电子数与入射光强度成正比。
2.光电子动能和入射光频率之间的关系
光电子的最大初动能与入射光频率成正比,而与光的强度无关。
3.光电效应的红限
当入射光的频率低于某极限频率 (随不同金属而异),不论光的强度如何,照射时间多长,都没有光电子产生。
4.光电效应与时间关系
光电效应与光照几乎同时产生和消失,滞后时间最多不超过10-9S,通常称为光电效应的瞬时性.
在实验中影响测量精度的主要因素:
暗电流是指在通电时 ,完全没有光照的条件下 ,微电流测量仪的电流 ,它主要来源于阴极的热电子发射及漏电流 .由于暗电流的量级为 1 0 -1 1 ,而仪器的精度是 1 0 -7量级 ,所以暗电流的影响可以忽略 .
反向电流是由于在制造过程中光阴极物质溅射到阳极上 ,当光照射时其行为与光阴极相似 ,致使在截止电压以下获得一个反向电流 ,随着反向电压增加 ,反向电流趋于饱和 .这是因为在测量反向遏止电压时 ,阴极是高电位 ,阳极是低电位 ,阳极上的阴极材料光电子在光电效应中的加速电场中所产生的反向电流就是在加上反向电压后总有 0 . 2~ 0 . 4μA(随频率不同而异 )的光电流的原因 .实验得知随着反向电压增加到一定的值时 (2 V 左右 ),这一电流就不再增加 ,所有阳极光电子都到了阴极 .
本底电流是由于光电管周围漫反射的杂散光入射到光电管上所致本底电流影响测量精度的主要原因是本底电流 ,本底电流产生的原因是由于加工工艺本身引起的 ,即在制造光电管时 ,往阴极上喷涂光电效应阴极材料时 ,免不了要有一些阴极材料溅到阳极上 ,而且无法去除 .在进行光电效应实验时 ,光照在光电管上 ,不仅阴极有电子逸出 ,同样阳极也会产生光电效应有电子逸出 ,测量饱和光电流时 ,阴极上加的是低电位 ,阳极是高电位 ,本底电流对实验结果影响不大 .但是 ,用反向遏止电压法测定普朗克常数时 ,其影响就显著地表现出来了。
注意事项:
因为当两者的距离越近 ,光电管越易疲劳 ,距离越远则光电管电流较小 ,检流计的灵敏度降低 ,所以两者之间有一最佳距离。
只有满足在最佳距离位置用最佳光照方位时 ,测得的普朗克常数与公认值的误差最小.
光电效应的应用及规律:
近30年来.光电效应广泛应用于工业、军事领域,比如电影院里的放映机;再者,高科技军事产品之一的夜视器材就是光电效应应用的典范等.
光电效应实验规律
按照爱因斯坦光子理论:光照射到金属 K 极,实际上是单个光子能量为 hν的光子束入射到 K 极,光子与 K 极内的电子发生碰撞。
当电子一次性地吸收了一个光子后,便获得了 hν的能量而立刻从金属表面逸出,没有明显的时间滞后,这也正是光的“粒子性”表现。
(1) 当一定频率的光
照射到K表面时,真空管
内几乎立刻出现光电子,
很快形成光电流。
即光电
效应是瞬时的,弛豫时间
小于10-9秒。
(2) 当光源频率和外
加电压固定时,饱和光电
流强度Is与入射光强度 I
成正比。
(3) 当入射光频率υ一
定时,光电子定向运动形成
的光电流随着正向电压的减
小而减小;当正向电压为零
时,仍有光电流,只有当电
压为某个反向电压值时,其
电流才为零。
这个反向电压称为遏止电压Ua 。
这说明光电子初动能有一限度,为光电子最大初速度。
实验表明,最大初动能与入射光强无关。
(4) 对于某种材料制成的金属K极,存在一个极限频率υ0 。
当入射光频率υ<υ0时,无论光强多大、照射时间多长,都不会产生光电效应,这个极限频率υ0叫做红限频率。
遏止电势差Ua与入射光频率之间具有线性关系(如图所示)
υ必须满足的条件,才能产生光电效应.因此光电效应的红限: 对不同金属υ0有不同的值,对同一金属,υ0为恒定量。