光电效应法测普朗克常数

光电效应测普朗克常数量子论是近代物理的基础之一，而光电效应则可以给量子论以直观、鲜明的物理图象。

随着科学技术的发展，光电效应己广泛应用于工农业生产、国防和许多科技领域。

普朗克常数( 公认值h＝6.62619×10－34J. s.)是自然界中一个很重要的普适常数，它可以用光电效应方法简单而又较准确地测量出来。

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的认识ｈ这个普适常数。

1887年赫磁在验证电磁波的存在实验中意外地发现，一束入射光照射到金属表面时，会有电子从金属表面逸出，这个物理现象被称为光电效应。

即当一定频率的光照射到某些金属物质的表面时，光的能量仅部分地以热的形式被物体所吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，并使这些电子逸出物体的表面。

这种现象就叫光电效应，所产生的电子叫光电子。

1888年以后，哈耳瓦克斯、斯托列托夫、勒纳德等人对光电效应作了长时间的研究，并总结出了光电效应实验的基本实验事实：即( 1 ) 在光谱成分不变的情况下，光电流（光电发射率）的大小与入射光的强度成正比，如图17－1中的(ａ)、(ｂ)所示；（2）光电子的初动能（它完全遏止从阴极到阳极的电子流所需要的反向电压来决定）大小，随着入射光频率的增和而线性的增加（如图17－1中的(d)所示），且与入射光的强度大小无关；（3）光电效应存在一个最大波长，或叫最小频率（又叫截止频率），当超过这个波长或者说小于这个截止频率时，光电发射就不会出现（如图17－1中的(C)所示）。

且这个波长最大值、或者说这个截止频率值与物质表面的成分有关；（4）光电效应是瞬时效应，一经光线照射，就立刻产生光电流，一旦光照仃止，则光电流马上消失。

用麦克斯韦的经典电磁理论无法对光电现象的基本规律作出完满的解释。

1905年，爱因斯坦大胆地把1900年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，提出了“光量子”概念，从而给光电效应以正确的理论解释。

光电效应法测定普朗克常数一、实验任务1．测量普朗克常数测量五种频率光波的载止电压c U 。

列表记录数据。

测量时选择光电管与入射光之间的距离取400mm ，并选用孔径为2mm 的光阑（即2Φ）。

用最小二乘法计算普朗克常数。

2．测光电管的伏安特性曲线（用坐标纸画实验曲线）分别测量365nm(2Φ)、577nm(2Φ)、577nm(4Φ)条件下光电管的伏安特性曲线。

列表记录数据。

测试要求：电压变化范围0~50V ，电压小于30V 时，每间隔1V 测量1个数据点，电压大于30V 时，每间隔2V 测量1个数据点。

二、操作要点1．调整光电管与汞灯之间的距离为400mm ，并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。

2．测量前仪器的电流显示器要进行调零，改换量程时也要调零。

调零的方法是：将“电流量程”选择开关置于所选档位，将光电管暗箱电流输出端与实验仪电流输入端（后面板上）断开，旋转“调零”旋钮，使电流指示为000.0。

调好后，用高频匹配电缆将电流输入连接起来。

按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态。

三、注意事项1．滤光片及光阑应轻拿轻放，从仪器上卸下后，立即放入盒中特定位置，小心不要触及镜面。

2．该实验仪器具有极高的灵敏感，所以易受干扰。

因此在实验过程中动作要轻、不要碰测试电缆线等，不要使实验台受到振动。

四、报告要求1．列表记录数据.2．用最小二乘法计算普朗克常数，利用测得的普朗克常数与标准值计算相对误差。

3．利用坐标纸，在同一坐标纸系下，做不同条件下的光电管伏安特性曲线。

五、讨论题1、2 。

2、测量光电管的暗电流
思考题答案
1、光电效应的实验规律有哪几个方面？ 答：①当入射光的波长不变时，光电流的大小与入射光的强 度成正比。
②光电子的最大动能与入射光的强度无关，仅与入射光的 频率有关，频率越高，光电子的动能就越大。
仪器简介
②光电子的最大动能与入射光的强度无关，仅与入射光的频率有关，频率越高，光电子的动能就越大。
答：通过测量某一频率光的伏安特性曲线，在曲线上找出其曲率半径最大点所对应的电压值，这个电压称之为光电管的遏止电压。
然后细测，在电流明显变化的电压值附近，仔细读出入射光照射下不同电压所对应的的光电流；
2、测量光电管的暗电流
（1）让光源出射孔对准暗盒窗口，并使暗盒离开光源30～50cm放大器“倍率”置×10-6。
最后作图找拐点，拐点所对应的电压就是遏止电压。
实验完毕，用遮光罩分别罩住光源出光孔和光电管进光孔。
（2）顺时针缓慢旋转“电压调节”旋钮，并合适地改变“电压量程”和“电压极性”关系。
答：采用加长遮光筒、光电管背对室内光源的办法即可减小室内杂散光对实验的干扰。
“倍率”置“短路”，“电流极性”置“－”， “工作位置”置“ＤＣ”，“电压极性”置“－”， “电压量程”置“－3.0V或2.8V”，”电压调节”反时针 调到最小状态 ３、更换滤色片时，要先将光源出光孔遮住，决不能使 光源直接照射光电管。
实验完毕，用遮光罩分别罩住光源出光孔和光电管 进光孔。 ４、实验中不能随便关闭汞灯，实验完毕，经教师检查 合格后，再关闭汞灯。
光3、电手效动应测法光测电普管朗的克I～常5V数、特性怎样减小室内杂散光对实验的干扰？
6 、 本 实 验 是 如 何 测 量 普 朗 克 常 数 的 ？ 请 简 述 从短波长起小心地逐次换入滤色片，仔细读出不同频率的入射光照射下的光电流。

U0
0

U0 ～ 曲线
4、存在截止频率：只有入射光频率 大于0 时， 才能产生光电效应，0称为截止频率。对于不同 的金属阴极，0值也不同。但这些直线的斜率都
相同。
5、瞬时效应：频率大于截止频率0的光一照到阴极
上，立即有光电子产生。
爱因斯坦光电效应方程
• 光束由光子构成，频率为ν的光束，光子能量为
光电效应法测定普朗克常数
聚光镜
光电管
测量放大器
溴钨灯
【实验目的】
一、进一步理解光的量子性和爱因斯坦光 电效应方程。
二、学习测量普朗克常数的方法。
三、掌握小型光栅单色仪和微电流计的调 节方法。
【实验原理】
一、光电效应和爱因斯坦方程 二、光电管的实际伏安特性曲线
一、光电效应和爱因斯坦方程
• GD为光电管，K为阴极， A为阳极，G为微电流计， V为电压表，R为滑线变 阻器。
4、将读数轮置于546nm（修正值）。取下光电管暗盒 盖，使其对准单色仪的出缝处。
5、调好测量放大器的零点位置。调节电位器旋钮，从
1V开始，缓慢改变电压，观察电流变化，记住电流 开始明显升高的电压值。然后，还是从1V开始，依 次读取电压和电流值，在电流升起点附近，增加测 量点的密度，以使作图精确。电流变成正值后，加
二、在坐标纸 上作出U0 —ν直线。要求： U0 取绝 对值，算出各波长对应的频率，做拟合直线， 在此直线上找到两点求斜率。
三、计算h的值，与公认值（h0=6.6261761034Js ）比较算出相对误差。 四、写出误差分析，并作思考题：P126—4题。
表一 不同波长下电压和光电流数值
546nm
-0.1
19.2
-0.05
30.5