实验13 普朗克常数测定
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实验十三、光电效应和普朗克常数测量
【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】
YGP-2型普朗克常数实验仪(由光源、分光仪和箱光电检测装置三部分组成) 光源箱：光源卤钨灯，散热风扇，聚光器。
分光仪：光栅单色仪，波长范围：200-800 nm ， 光栅：1200 L/mm, 500 nm 闪耀，波长精
度为±3 nm 。
光电检测装置包括：光电管（石英侧窗不透明娣钾铯光电阴极），测量放大器。
【实验原理】
1、普朗克常数的测定
根据爱因斯坦的光电效应方程：
P s E hv W =- （1）
(其中：P E 是电子的动能，hv 是光子的能量，v 是光的频率，s W 是逸出功, h 是普朗克常量。
)
s W 是材料本身的属性，所以对于同一种材料s W
生光电子，即存在一个产生光电效应的截止频率0
v （0/s v W h =）
实验中：将A 和K 间加上反向电压KA U (A 接负极),它对光电子运动起减速作用.随着反向电压KA U 的增加,到达阳极的光电子的数目相应减少,光电流减小。
当KA s U U =时，光电流降为零，此时光电子的初动能全部用于克服反向电场的作用。
即
s P eU E = （2）
这时的反向电压叫截止电压。
入射光频率不同时，截止电压也不同。
将（2）式代入（1）式，
得
0s h
U v v e
=-（）
（3） （其中0/s v W h =）式中h e 、都是常量，对同一光电管0v 也是常量，实验中测量不同频率下的s U ，做出s U v -曲线。
在（3）式得到满足的条件下，这是一条直线。
若电子电荷e ，由斜率h
k e
=
可以求出普朗克常数h 。
由直线上的截距可以求出溢出功s W ，由直线在v 轴上的截距可以求出截止频率0v 。
如图（2）所示。
2、测量光电管的伏安特性曲线
在照射光的强度一定的情况下，光电管中的电流I 与光电管两端的电压AK U 之间存在着一定的关系。
阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加AK U 时I 不再
变化，光电流出现饱和，饱和光电流
M
I 的大小与入射光的强度P 成正比。
（备注：理想曲线与实验曲线有所不同，原因有： ①、光电管的阴极采用逸出电势低的材料制成，这种材料即使在高真空中也有易氧化的趋向，使阴极表面各处的逸出电势不尽相等，同时，逸出具有最大动能的光电子数目大为减少。
随着反向电压的增高，光电流不是陡然截止，而是较快降低后平缓的趋近零点。
②、阳极是用逸出电势较高的铂钨等材料做成，本来只有用远紫外线照射才能逸出光电子，因为施加在光电管上的外电场对于这些光电子来说正是一个加速电场，使得发射的光电子由阳极飞向阴极，构成反向电流。
③暗合中的光电管即使没有用光照射，在外加电压下也会有微弱的电流流通，称做暗电流，其主要原因是极间绝缘电阻漏电（包括管座以及玻璃壳内外表面的漏电）、阴极在常温下的热电子辐射等。
暗电流与外加电压基本成线性关系。
） 【仪器介绍】
本仪器安装在一个底座上， 在箱体内部有AC220V/DC12V 开关电源和-4-20V 电源
1 卤钨灯箱
2 聚光器
3 单色仪 4零点调节 5 电压调节 6 电流倍率开关 7正负转换开关 8微安表 9 测量开关 10 电源开关 11电流电压表 12波长调节 13 聚光器横向调节
【实验内容】
1、将仪器的连线接好；
2、经老师确认后，接通电源预热仪器20分钟；
3、熟悉仪器，进行一些简单的操作，并将仪器调零；
4、普朗克常数的测定
选定某一光阑孔径为Φ的光阑（记录其数值），在不改变光源与光电管之间的距离L 的情况下，选用不同滤色片（分别有λ为365.0nm ，404.7nm ，435.8nm ，546.1nm ，
577.0nm ）
，调节光电管两端的电压AK U ，使得光电管中的电流为0，将此时光电管两端的电压表示为s U （称为截止电压），将其记录下来；
5、测量光电管的伏安特性曲线 观察5条谱线在同一光阑孔径为Φ（记录其数值），在不改变光源与光电管之间的距离L （记录其数值）的情况下，改变光电管两端的电压AK U （范围在150V -~），记录电压AK U 和对应的光电流I 。
6、验证饱和电流与入射光强度成正比： 确定入射光波长λ（记录其数值）、光源与光电管之间的距离L （记录其数值）以及光电管两端的电压AK U （一般为50V ，这时认为光电管中的电流已达到最大值，即为饱和电流
m I ），改变光阑孔径Φ（分别为：2mm ，4mm ，8mm ），记录对应的饱和光电流m I ；
7、整理实验仪器
结束实验时，要将实验仪器按原样摆放好；
【数据的测量与处理】 1、普朗克常数的测定
表一、0U v - 关系光阑孔mm Φ=
要求：根据表一的实验数据（用最小二乘法处理），得出0直线的斜率，即可用求出普朗克常数，并用普朗克常数的公认值0h 比较实验相对误差0
h h E h -=
，式中191.60210e C -=⨯，S J h ∙⨯=-3401062.6。
2、测光电管的伏安特性曲线：
表二、AK I U - mm Φ=，L mm =
要求：在坐标纸上绘出
AK I U -关系曲线，并描述其特点。
3、验证饱和电流与入射光强度成正比：
表三、M I P -（P 为光的强度）关系 AK U = V ，nm λ=，L mm =
要求：作图分析实验数据（提示：M I 与2Φ成正比例）
【注意事项】
1．仪器需要预热20～30分钟。
2．在实验中应确定零极谱位置，观测微分筒的“0”与固定套筒上的“0”位线重合，可能发生的零位偏差，实验中应予以修正。
3．测微螺杆位移0.01nm ，恰好对应波长为1nm ，逆时针转动微分筒，波长向长波方向移动，波长增加，反之，减小。
4. 调节测量放大器的零点，在进行测量光电管的伏安特性及其有关实验的过程中，电流表
的零位一旦调好，千万不能再动此钮。
•5. 电流表的倍率选择一般在410A μ-或510A μ-档，使微安表的指示值在30～100％的范围
内，如超过满刻度可调整入射狭缝，尽量在测量某一波长的光电流曲线时，不变更倍率。
