实验十五-光电效应
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光电效应一、实验目的1.通过光电管I-U特性曲线的测定,熟悉光电效应的规律。
2.了解光的量子性,测定金属红线的频率。
3.验证爱因斯坦光电效应方程,计算普朗克常量。
二、实验原理1、光电效应的实验规律1887年赫兹发现,当一束光照射在金属表面上时,会有电子从金属表面逸出,这一现象称为光电效应,释放出的电子称为光电子。
研究光电效应的实验装置如图1所示,光电管中K为涂有感光金属层的阴极,A为阳极。
图1三、实验发现(1)当入射光频率保持不变时,饱和光电流I与入射光强P成正比(见图2)。
s(2)引起光电效应的时间极短(不超过910 秒),一经照射立即有光电子产生。
(3)光电子的初动能随入射光频率的增大而增大,与光强无关(见图3)。
(4)存在一个阈频率0V ,称为金属的红限,当入射光频率低于0V 时,无论入射光有多强,都没有电子逸出(见图4)。
图42、爱因斯坦的光子论及对光电效应的解释爱因斯坦认为光是一粒一粒以光速运动的粒子流,这些粒子称为光子或光量子,其能量为h νε=,光的强弱决定于光子的多少,因而光电流正比于入射光的强度,当金属中的电子吸收光子的能量νh 克服金属表面的逸出功A 逸出表面时,光电子的最大初动能为2/2mV ,三者关系为:A mV h +=221ν此式称为爱因斯坦光电效应方程,式中022/eU mV =,0U 为反向截止电压,令0νh A =,上式可变为:)ν-ν(00e h U =这表明截止电压随入射光频率作线形变化,如图4所示,该直线在ν轴上的截距为金属的红限0ν,入射光的频率只有高于0ν才有光电子产生。
直线在0U 轴上的截距为0Φ-,0Φe A =,0Φ为阴极逸出电压,直线的频率为e h /,据此可求出普朗克常量的数值。
三、试验仪器用具本实验采用GD--1型光电效应测试仪,其结构原理如图5所示主要部件及技术条件简要介绍如下:1.光电管及暗盒:光电管开有石英侧窗式光窗口,光谱范围为190.0~700.0nm ,最大工作电压为100v 。
实验报告_光电效应实验实验报告:光电效应实验一、实验目的通过光电效应实验,探究光电效应的基本规律,验证光电效应方程,以及了解光电效应的应用。
二、实验原理光电效应是指当金属或半导体受到光照时,会发射出电子,形成电流。
光电效应的基本规律包括:光电子的能量和频率无关,而与光的强度有关;光电子的能量等于光的能量减去逸出功;光电效应的电子是瞬间发出的,不受路径依赖。
三、实验器材1. 光电效应实验装置(包括光源、金属光电效应电池、反射镜等)2. 数显直流电压表3. 稳压电源4. 电阻箱四、实验步骤1. 将光电效应实验装置组装好并接通电源。
2. 调节稳压电源的电压,使得数显直流电压表的测量值在合适范围内。
3. 改变光电效应电池的位置,使光照射到光电效应电池的不同位置。
4. 观察实验装置中的电流变化,并记录下光电效应电池的位置和电流值。
5. 改变稳压电源的电压,重复步骤3-4,记录下不同电压下的光电效应电池的位置和电流值。
五、实验数据与结果分析根据实验步骤得到的数据,绘制出光电效应电流与光电效应电池位置和稳压电源电压的关系曲线图,并进行分析。
根据光电效应方程进行计算,并与实验结果进行对比。
六、实验讨论分析数据的过程中,可以比较不同电池位置、不同电压下测得的电流值,并根据光电效应方程进行计算,以验证实验结果的准确性。
讨论光电效应的应用,并对实验中存在的误差进行分析和讨论。
七、实验总结通过本次实验,我们深刻了解了光电效应的基本规律,并验证了光电效应方程。
同时也了解到了光电效应在实际应用中的重要性。
同时,我们在实验中也发现了一些不确定因素,导致实验数据可能存在一定误差。
光电效应实验光电效应是指光照射到金属表面时,所产生的光电子的现象。
它是光的粒子性质的重要证据之一,对于揭示光的本质、发展量子力学有着重要的意义。
本文将介绍光电效应的实验过程、结果及其在科学研究与实际应用中的意义。
实验设备与材料为了进行光电效应实验,以下设备和材料是必要的:1. 光源:白炽灯、激光器或LED等。
2. 紫外光源:紫外光灯或氘灯。
3. 光电效应实验仪器:包括光电效应仪器、电压源、电流表、电压表等。
4. 金属样品:金属片或金属板。
实验步骤1. 设置实验装置:将光电效应实验仪器与相应的电源和测量仪器连接好。
确保仪器的正常工作状态。
将金属样品放置在光电效应仪器的光照位置。
2. 调整光源:打开光源,根据实验需要,选择适当的光源类型,并调整其亮度或功率,保证光照强度控制在恒定的数值。
3. 调整电压和电流:根据实验要求,设置恒定的电压或直流电流值。
可调节电源的输出,或使用电压源和电流表进行准确控制。
4. 测量电流和电压:当光照射到金属样品上时,使用电流表和电压表测量由光电效应引发的电流和电压变化。
记录这些数据。
5. 改变实验条件:通过改变光照强度、光源类型、金属样品材料或电压,记录并比较不同实验条件下的测量结果。
6. 进一步实验与分析:根据实验需求,可以进行更加复杂的实验,例如测量光电效应的最大动能、研究不同金属样品的光电效应等。
同时,分析实验数据,比较实验结果与理论预期的吻合程度。
实验结果与讨论根据光电效应实验的结果,我们可以得出以下结论和讨论:1. 光电流与光照强度之间的关系:实验结果表明,光电流的大小与光照强度呈正相关关系。
当光照强度增大时,光电流也随之增大。
2. 光电流与金属样品的材料特性有关:使用不同材料的金属样品进行实验,可以观察到光电流的差异。
不同金属材料对光电效应的敏感性有所不同。
3. 光电效应的截止频率:当光照射到金属表面时,存在一个最低频率,称为截止频率,低于该频率的光无法引发光电效应。
光电效应的研究实验报告引言光电效应是指当光照射到某些金属表面时,金属会发生电子的排出现象。
这一现象的发现和研究对于理解光的本质和电子行为有着重要的意义。
本实验旨在通过观察光电效应现象,探究光的粒子性和电子的性质。
实验步骤1. 准备实验装置:将一块金属片装在真空玻璃管中,并连接到电路中。
在金属片上方放置一个光源,可以调整光的强度。
2. 调整光源强度:首先将光源的强度调至最小,然后逐渐增大光源的强度,记录下每个光源强度值。
3. 测量电流:打开电路,通过电流表测量金属片中的电流值,并记录下来。
4. 改变金属片材料:重复步骤2和步骤3,但这次更换金属片材料,记录下不同金属片的数据。
5. 数据处理:根据实验数据,绘制光源强度和电流之间的关系曲线。
6. 分析结果:根据实验数据和曲线,讨论光电效应的特点和规律。
实验结果在实验中,我们观察到了以下现象和结果:1. 光源强度增加时,金属片中的电流也随之增大。
这表明光的能量对电流产生了影响。
2. 不同金属片的电流值不同,即不同金属对光的敏感程度不同。
这说明金属的物理性质对光电效应有影响。
3. 当光源强度达到一定值时,金属片中的电流不再增加,而是保持恒定。
这是因为金属片达到了饱和电流。
讨论与分析通过实验结果的观察和数据处理,我们可以得出以下结论:1. 光电效应支持光的粒子性理论。
实验中的现象表明,光的能量以粒子的形式传递给金属中的电子,使其获得足够的能量从而排出金属表面。
2. 光电效应与金属的物理性质密切相关。
不同金属对光的敏感程度不同,这是由于金属的导电性质和电子结构的差异造成的。
3. 光源强度对光电效应的影响是有限的。
当光源强度达到一定值后,金属片中的电流不再随光源强度增加而增加,这是因为金属片中的电子已经达到了最大的排出速度,无法再被光的能量激发出更多电子。
结论通过本实验的研究,我们得出了以下结论:1. 光电效应是光的粒子性的重要证据之一。
2. 光电效应与金属的物理性质密切相关,不同金属对光的敏感程度不同。
科学实验报告光电效应科学实验报告:光电效应摘要:光电效应是描述光和物质相互作用的基本现象之一。
本实验以镁为实验材料,研究光电效应。
通过改变入射光的强度和波长,测量光电流和光电子的最大动能,验证了光电效应与入射光的波长和强度之间的关系,并探讨了光电效应的相关理论。
引言:光电效应是指当光照射到金属表面时会产生电子的现象。
该现象对于多个领域的研究和应用都具有重要意义,比如光电池、光电二极管等。
本实验目的是通过对光电效应的研究,了解入射光的强度和波长对光电子的最大动能和光电流的影响,以验证光电效应的相关理论。
方法:1. 实验材料准备:a. 镁片:用研磨纸将镁片打磨至表面光洁。
b. 光电管:将镁片放入光电管的光敏材料槽内。
c. 光电流计:连接光电管输出端和光电流计输入端。
2. 实验步骤:a. 将光电管放置在黑暗箱内,确保周围环境光强为零。
b. 调整光电流计的灵敏度并记录。
c. 使用不同波长的光源(如红、绿、蓝光)照射光电管,记录光电流值。
d. 通过改变入射光的强度,如使用滤光片遮挡部分光线,记录相应的光电流值。
结果:1. 光电流与入射光波长的关系:a. 对于相同入射光强度,光电流随着波长的减小而增加。
b. 在可见光区域内,光电流随着波长的减小逐渐增加,但当波长小于一定值时,光电流基本保持不变。
c. 此现象符合光子能量与电子从金属中脱离所需的最小能量之间的关系。
2. 光电流与入射光强度的关系:a. 光电流随着入射光强度的增加而增加。
b. 适当增大入射光强度可以提高光电流的值,但当光强度过大时,光电流趋于饱和。
讨论:光电效应的实验结果验证了与入射光的波长和强度相关的理论。
当入射光波长减小时,单个光子的能量增加,从而可以提供足够的能量使电子从金属中脱离。
而光电流的增加是由于更多的光子激发了更多的电子。
然而,当波长小于一定值时,光子的能量已足够大,光电流基本保持不变。
此外,入射光强度的增加也会增加光电效应的光子入射率,从而提高光电流。
光电效应光电效应当光束照射到某些金属外表上时, 会有电子从金属外表即刻逸出,这种现象称为“光电效应”。
1905年爱因斯坦圆满地解释了光电效应的实验现象,使人们进一步认识到光的波粒二象性的本质,促进了光的量子理论的建立和近代物理学的发展,爱因斯坦因此获得了1921年的诺贝尔奖。
现在利用光电效应制成的各种光电器件(如光电管、光电倍增管、夜视仪等)已经被广泛应用于工农业生产、科研和国防等领域。
[实验目的]1.加深对光的量子性的认识;2.验证爱因斯坦方程,测定普朗克常数;3.测定光电管的伏安特性曲线。
[ 实验原理]当一定频率的光照射到某些金属外表上时, 可以使电子从金属外表逸出,这种现象称为光电效应。
所产生的电子, 称为光电子。
根据爱因斯坦的光电效应方程有hν=1/2 mv m2+ W (1)是光电子的质量和最大速度,W为电子摆脱金属外表其中ν为光的频率,h为普朗克常数,m和vm的约束所需要的逸出功。
按照爱因斯坦的光量子理论:频率为ν的光子具有能量hν,当金属中的电子吸收一个频率为ν的光子时,便获得这个光子的全部能量。
如果光子的能量hν大于电子摆脱金属外表的约束所需要的逸出功W,电子就会从金属中逸出,1/2mv是光电子逸出外表后所具有的最大动能;光m子能量 hν小于W时,电子不能逸出金属外表,因而没有光电效应产生。
能产生光电效应的入射光最低频率ν,称为光电效应的截止(或极限)频率。
由方程(1)可得=W/h (2)v也是不同的。
不同的金属材料有不同的逸出功, 因而ν利用光电管可以进行研究光电效应规律、测量普朗克常数的实验,实验原理可参考图1。
图中K为光电管的阴极,A为阳极,微安表用于测量微小的光电流, 电压表用于测量光电管两极间的电压,E为电源,R提供的分压可以改变光电管两极间的电势差。
单色光照射到光电管的阴极K上产生光电效应时,逸出的光电子在电场的作用下由阴极向阳极运动,并且在回路中形成光电流。
当阳极A电势为正,阴极K电势为负时,光电子被加速。
光电效应实验光电效应是一项非常重要的物理实验,既有理论意义,也有广泛的应用价值。
它是指当光照射到某些物质表面时,会产生电子的发射现象。
本文将介绍光电效应实验的原理、装置和实验过程。
一、实验原理光电效应实验的原理基于爱因斯坦的光电效应理论。
根据这个理论,当光子与物质发生相互作用时,能量会被传递给物质的电子。
如果光子的能量大于物质中电子的束缚能,则电子会被光子完全吸收,并从物质中脱离出来。
这就是光电效应的基本过程。
二、实验装置进行光电效应实验需要以下装置:1. 光源:可以使用一台可调光强的光源,如白炽灯或激光器。
实验中采用不同波长和强度的光源可以验证光电效应的特性和规律。
2. 光电管:它是实验的关键器件。
光电管由阴极、阳极和光敏表面组成。
阴极通常由碱金属或碱土金属构成,阳极则连接在电路上。
光敏表面覆盖了特殊的材料,如铯或钾。
3. 电路和电流计:正确连接光电管和电流计的电路,以测量光电管中的电流。
三、实验过程在进行光电效应实验之前,需要进行以下步骤:步骤一:连接电路将光电管的阴极和阳极分别连接到适当的输入和输出端口。
通过适当的电缆,将电流计接入电路中。
确保连接正确无误,以避免误差。
步骤二:调整光源选择一定强度和波长的光源,并将其位置调整到与光电管的光敏表面平行。
根据实验要求,可以逐步调整光源的强度,观察光电流的变化。
步骤三:记录数据通过电流计,记录不同光源强度下的光电流值。
可以调整光源的距离和角度,观察光电流的变化趋势。
步骤四:分析结果根据实验数据,绘制光电流随光源强度变化的曲线。
通过分析曲线的形状和趋势,可以得出光电效应的一些特性和规律。
四、实验结果分析实验结果通常呈现出以下几个特点:1. 光电流与光源强度成正比:当光源强度不断增加时,光电流也会相应增加。
这表明光电效应是一种与光源强度直接相关的现象。
2. 光电流与光源波长有关:不同波长的光源对光电流的影响不同。
实验中可以观察到当波长较短的光源照射时,光电流会更强。
光电效应的实验报告实验名称:光电效应的实验实验目的:通过实验观察光电效应的现象,并分析光电效应与光的波动性和粒子性之间的关系。
实验器材:1. 光电效应实验装置(包括光源、光电池、电压表、电流表等)2. 透明玻璃板3. 纸板或屏风4. 毫米纸实验原理:光电效应是指当一束光照射到金属表面时,金属表面的电子会被激发出来,从而形成电流。
光电效应的实验可以明确光子的粒子性。
根据光电效应的经典理论,光子的能量与光的频率有关,与光的强度无关。
实验步骤:1. 将光电效应实验装置按照说明书正确连接。
2. 将透明玻璃板放在光电池前面,调节光电池与玻璃板之间的距离,使其能够接收到照射光。
3. 在实验室的昏暗环境中,打开光源,调节电压表和电流表的量程,确保能够准确测量光电池的电流和电压。
4. 用纸板或屏风将光电池遮挡起来,避免环境光的干扰。
5. 测量不同频率或波长的光照射在光电池上的电流和电压。
可以根据需要改变光源的频率或波长,观察光电池的响应。
6. 将测得的电流和电压数据记录下来,并根据实验所用的光源的特性,计算光子的能量。
7. 分析实验数据,绘制光电效应的实验曲线(光照强度与电流之间的关系曲线)。
实验注意事项:1. 在进行实验时,应尽量避免环境光的干扰,保证实验室的昏暗环境。
2. 实验过程中,应保持光源的频率或波长不变,只改变光照强度,以观察其对光电效应的影响。
3. 在记录实验数据时,应注意准确测量光电池的电流和电压。
4. 实验结束后,关闭光源和仪器设备,整理实验器材,保持实验室的整洁。
实验结果与讨论:根据实验记录的数据,可以绘制出光照强度与电流之间的关系曲线。
根据实验曲线,可以得出不同频率或波长的光照射在光电池上所产生的电流大小与光照强度的关系。
进一步分析可得到光子的能量与光的波长或频率之间的关系。
实验结果可以用于验证光电效应与光的波动性和粒子性之间的关系,并进一步研究与应用光电效应在光电技术中的应用。
光电效应实验报告实验目的:通过实验观察光电效应的现象,探究光电效应的产生原因和机理,验证经典物理及量子物理对光电效应的解释。
同时,通过实验手段,训练学生的实验操作能力与科学思维能力。
实验原理:光电效应是指当光子入射到金属时,金属中的自由电子会被激发出来,从而发生电流现象。
其中,光子是电磁波的微粒子化现象,具有能量和动量,而激发出自由电子的能力与入射光子的能量有关。
根据光电效应的机理,我们可以得出以下公式:Kmax=hv-φ其中,Kmax为光电子的最大动能,h为普朗克常量,v为入射光的频率,φ为金属的逸出功。
根据公式,我们可以了解到光电子的最大动能与入射光的频率有关,而与入射光的强度无关。
实验步骤:1.搭建光电效应实验仪器2.调节透镜、连续可调滤色片和光电倍增管位置,使入射光能通过透镜,经过连续可调滤色片调节光强和颜色,照在光电倍增管的光阑上;3.调节负电压源,调整阴极电位和光电倍增管的一级电压,使阴极处处于负电荷状态,光电倍增管处于正电荷状态;4.调节连续可调滤色片,找到满足当前阴极电流和电压的最小光强,记录下来;5.逐步增加入射光的频率,记录光电流的变化。
实验结果:在实验过程中,我们得出了以下数据:阴极电压为2.5V时,光强为7.0*10^-5W/cm^2时,光电流为0.38nA;光强为1.0*10^-4W/cm^2时,光电流为0.48nA;光强为1.5*10^-4W/cm^2时,光电流为0.53nA。
通过测量数据,我们得到的斜率为 4.5*10^-6A/V,截距为0.302nA。
利用公式,我们可以算出入射光的波长λ:Kmax=hv-φ,得到v=h/λ,代入得到λ=4.11*10^-7m。
实验分析:通过实验数据,我们可以了解到光电流与入射光的强度和频率有关。
随着入射光的频率增加,光电流也随之增加,但是入射光的强度对光电流的影响却不是很明显。
这符合光电效应的机理,也验证了经典物理及量子物理的解释。
光电效应实验报告.光电效应实验报告引言光电效应是指当光照射到金属表面时,金属释放出电子的现象。
这一现象的发现对于量子物理学的发展具有重要意义。
本实验旨在通过实际操作,观察和研究光电效应,并探究其相关的物理原理。
实验装置实验装置主要包括:光源、金属板、电压表、电流表、电源等。
光源采用高亮度的LED灯,金属板选用铝材料,电压表和电流表用于测量电压和电流的变化。
实验步骤1. 将实验装置搭建好,确保电路连接正确,并保持实验环境的稳定。
2. 将金属板置于光源的照射下,并通过电压表和电流表记录下光照强度和电流的变化。
3. 逐渐调整电压,观察电流的变化情况,并记录下相关数据。
4. 分别改变光源的距离和金属板的面积,观察光电效应的变化规律。
实验结果在实验过程中,我们观察到以下现象和结果:1. 随着光照强度的增加,电流逐渐增大,但存在一个临界值,超过该临界值后电流基本保持不变。
2. 当改变光源的距离时,电流的变化与距离的平方成反比。
3. 当改变金属板的面积时,电流的变化与面积成正比。
讨论与分析基于实验结果,我们可以得出以下结论:1. 光电效应的发生与光照强度有关,当光照强度超过一定临界值时,金属表面的电子会被激发出来。
2. 光电效应的电流与光源的距离成反比,这是因为光的强度随着距离的增加而减弱,导致电子产生的动能减小。
3. 光电效应的电流与金属板的面积成正比,这是因为金属板的面积越大,光照射到的金属表面积也越大,从而激发出的电子数量增多。
进一步探索在实验的基础上,我们可以进一步探索以下问题:1. 光电效应与光的频率有关吗?是否存在特定频率的光才能激发出电子?2. 光电效应是否与金属的材料有关?不同金属是否会有不同的光电效应?3. 是否存在其他因素会影响光电效应的发生,比如温度、压力等?结论通过本次实验,我们对光电效应有了更深入的了解。
光电效应的发生与光照强度、距离和金属板的面积等因素密切相关。
进一步研究光电效应的机制和影响因素,有助于我们更好地理解量子物理学的基本原理,并在光电器件的设计和应用中发挥重要作用。
实验十五-光电效应图l 实验原理图图2同一频率,不同光强时光电管的伏安特性曲线图3不同频率时光电管的伏安特性曲线图4截止电压U与入射光频率ν的关系图实验十五光电效应和普朗克常数的测定【实验目的】1.了解光电效应的规律,加深对光的量子性的理解。
2.测量普朗克常数h。
【实验原理】光电效应的实验原理如图1所示。
当入射光照射到光电管阴极K上时,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,测量光电流I的大小,即可得出光电管的伏安特性曲线。
1.光电效应的基本特点:(1)对应于某一频率光的光电效应,I—U AK关系如图2所示。
可见,对一定的频率,存在一电压U0,当U AK≤U0时,电流为零,U0被称为截止电压,它与阴极材料的构成有关。
(2)当U AK≥U0后,I迅速增加,然后趋于饱和,饱和光电流I M的大小与入射光的强度P成正比。
(3)对于不同频率的光,其截止电压的值不同,如图3所示。
(4)作截止电压U0与频率ν的关系图如图4所示。
U0与ν成正比关系。
但当入射光频率低于某极限值ν0(不同金属有不同的ν0值)时,不论光的强度如何,照射时间多长,都没有光电流产生。
(5)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ν0,一旦光照射靶上立即就有光电子产生。
从光照射到光电子产生的间隔至多为10-9秒的数量级。
2.光电效应的基本解释按照爱因斯坦的光量子理论,光能并不像电磁波理论所想象的那样,分布在波阵面上,而是集中在被称之为光子的微粒上,但这种微粒仍然保持着频率(或波长)的概念,频率为ν的光子具有能量E=hν,h为普朗克常数。
当光子照射到金属表面上时,一次为金属中的某个电子全部吸收,而无需积累能量的时间。
电子把吸收光子的能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力,余下的就变为该电子离开金属表面后的动能,按照能量守恒原理,爱因斯坦提出了著名的光电效应方程:A m h +υ=ν2021 (1)(1)式中,A 为金属的逸出功, 2021υm 为光电子获得的初始动能。
由该式可见,入射到金属表面的光频率越高,逸出的电子动能越大,所以即使阳极电位比阴极电位低时,也会有电子穿过两极间的势垒到达阳极形成光电流,直至阳极电位等于截止电压,这时光电流才为零,此时有关系:20021υm eU = (2) 当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U AK 时I 不再变化,这时光电流出现饱和。
饱和光电流I M 的大小与入射光的强度P 成正比。
光子的能量h ν<A 时,电子不能脱离金属,因而没有光电流产生。
产生光电效应的最低频率(截止频率)是ν0=A/h 。
将(2)式代入(1)式可得:A hv eU -=0(3)此式表明截止电压Uo 是频率ν的线性函数,直线斜率k=h /e ,只要用实验方法得出不同的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。
爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。
1汞灯电源 2汞灯 3滤色片 4光阑 5光电管 6基座 7实验仪图5 仪器结构图【实验仪器】ZKY-GD-4智能光电效应实验仪【实验内容】1.测试前准备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,兰—兰)。
将“电流量程”选择开关置于所选档位,进行测试前调零。
实验仪在开机或改变电流量程后,都会自动进入调零状态。
调零时应将光电管暗箱电流输出端K与实验仪微电流输入端(后面板上)断开,旋转“调零”旋钮使电流指示为000.0。
调节好后,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。
若要动态显示采集曲线,需将实验仪的“信号输出”端口接至示波器的“Y”输入端,“同步输出”端口接至示波器的“外触发”输入端。
示波器“触发源”开关拨至“外”,“Y衰减”旋钮拨至约“1V/格”,“扫描时间”旋钮拨至约“20μs/格”。
此时示波器将用轮流扫描的方式显示5个存储区中存储的曲线,横轴代表电压U AK,纵轴代表电流I。
2.测普朗克常数h测量截止电压时,“伏安特性测试/截止电压测试”状态键应为截止电压测试状态,“电流量程”开关应处于10-13A档。
(1)手动测量使“手动/自动”模式键处于手动模式。
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”。
用电压调节键→、←、↑、↓可调节U AK 的值,→、←键用于选择调节位数↑、↓键用于调节值的大小。
从低到高调节电压(绝对值减小),观察电流值的变化,寻找电流刚好为零时对应的U AK,以其绝对值作为该波长对应的U0的值,并将数据记于表一中。
为尽快找到U0的值,调节时应从高位到低位,先确定高位的值,再顺次往低位调节。
依次换上404.7 nm,435.8 nm,546.1nm,577.0 nm的滤色片,重复以上测量步骤。
(2)自动测量按“手动/自动”模式键切换到自动模式。
此时电流表左边的指示灯闪烁,表示系统处于自动测量扫描范围设置状态,用电压调节键可设置扫描起始和终止电压。
对各条谱线,我们建议扫描范围大致设置为:365nm,-1.90~-1.50V;405nm,-1.60~-1.20V;436nm,1.35~-0.95V;546nm,-0.80~-0.40V;577nm,-0.65~-0.25V。
实验仪设有5个数据存储区,每个存储区可存储500组数据,并有指示灯表示其状态。
灯亮表示该存储区已存有数据,灯不亮为空存储区,灯闪烁表示系统预选的或正在存储数据的存储区。
、设置好扫描起始和终止电压后,按动相应的存储区按键,仪器将先清除存储区原有数据,等待约30秒,然后按4mV的步长自动扫描,得到I随U AK变化,并显示、存储相应的电压、电流值。
扫描完成后,仪器自动进入数据查询状态,此时查询指示灯亮,显示区显示扫描起始电压和相应的电流值。
用电压调节键改变电压值,就可查阅到在测试过程中,扫描电压为当前显示值时相应的电流值。
读取电流为零时对应的U AK,以其绝对值作为该波长对应的U0的值,并将数据记于表一中。
按“查询”键,查询指示灯灭,系统回复到扫描范围设置状态,可进行下一次测量。
在自动测量过程中或测量完成后,按“手动/自动”键,系统回复到手动测量模式,模式转换前工作的存储区内的数据将被清除。
若仪器与示波器连接,则可观察到U AK为负值时各谱线在选定的扫描范围内的伏安特性曲线。
V直线的斜率k,即可用h=e k求出普朗克常数,并与h的公认值h0比较求出相对误差E=(h-h0)/h0·100% ,式中e=1.602×10-19C,h0=6.626×10-34J·S。
3.测光电管的伏安特性曲线测量时,“伏安特性测试/截止电压测试”状态键应为伏安特性测试状态。
“电流量程”开关应拨至10-10A档,并重新调零。
将直径4mm的光阑及所选谱线的滤色片装在光电管暗箱光输入口上。
测伏安特性曲线可选用“手动/自动”两种模式之一,测量的最大范围为-1~50V,自动测量时步长为1V,仪器功能及使用方法如前所述。
(1)可同时观察5条谱线在同一光阑、同一距离下伏安饱和特性曲线。
记录所测U AK及I的数据到表二中,在座标纸上作对应于以上波长及光强的伏安特.性曲线。
(2)可同时观察某条谱线在不同光阑(即不同光通量)、同一距离下的伏安饱和特性曲线。
由此可验证光电管饱和光电流与入射光强成正比(选做)。
在U AK为50V时,将仪器设置为手动模式,测量并记录对同一谱线、同一入射距离,光阑分别为2mm、4mm、8mm时对应的电流值于表三中,验证光电管的饱和光电流与入射光强成正比。
(3)可同时观察某条谱线在不同距离(即不同光强)、同一光阑下的伏安饱和特性曲线。
也可在U AK 为50V时,将仪器设置为手动模式,测量并记录对同一谱线,同一光阑时,光电管与入射光在不同距离,如300mm、400mm等对应的电流值于表四中,同样验证光电管的饱和电流与入射光强成正比。
【实验数据】(1)普朗克常数测量电流测量范围:10-13A,L=400mm,光阑孔径波长λ(nm ) 365.0 404.7 435.8 546.1 577.0 频率ν(*1014Hz )8.214 7.408 6.879 5.490 5.196 截止电压U 0(V )-1.772 -1.436 -1.206 -0.658 -0.534 343434346.533*106.626*10 6.533*10=1.4%6.626*10h ke ----∴==-∴误差:(2) 伏安特性测量(饱和曲线测量)电流测量范围:10-10A ,L=400mm ,光阑孔径波长λ(nm )365.0 404.7 435.8 546.1 577.0 电流I (*10-10A )电压U (V ) y = -0.4083x + 1.5888R² = 0.9998-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.2055.566.577.588.5截止电压U 0(V )频率v (*10^14Hz )U ——v 的关系曲线0 4.8 1.1 1.3 0.9 0.7 2 14.3 3.2 5.5 2.7 1.5 4 23.0 6.3 9.5 3.8 2.8 6 28.0 7.5 10.8 4.2 3.2 8 33.4 8.4 12.3 4.5 3.3 10 38.4 9.2 13.9 4.9 3.5 12 42.9 10.0 15.4 5.2 3.6 14 47.0 10.8 16.8 5.6 3.7 16 50.9 11.5 18.1 5.9 3.8 18 54.7 12.4 19.4 6.3 4.0 20 58.3 13.2 20.8 6.7 4.3 22 61.8 14.1 22.0 7.0 4.5 24 65.0 14.9 23.1 7.3 4.7 26 68.0 15.6 24.0 7.6 4.8 28 70.5 16.2 24.9 7.8 5.0 30 72.9 16.8 25.6 8.0 5.1 32 75.2 17.2 26.2 8.2 5.2 34 77.3 17.6 26.8 8.4 5.3 36 79.2 18.1 27.3 8.5 5.3 38 81.0 18.4 27.8 8.6 5.4 40 82.7 18.8 28.6 8.8 5.4 42 84.3 19.1 28.8 8.9 5.5 44 86.7 19.4 29.2 9.0 5.5 46 88.1 19.7 29.5 9.1 5.6 48 89.5 20.0 29.9 9.3 5.6 50 90.9 20.3 30.3 9.4 5.6(3) 在波长λ=365nm ,L=400mm ,U=20V ,不通光阑直径下的电流光阑直径ϕ(mm )24 8 电流I (*10-10A )17.959.8 224(4) 在波长λ=365nm ,ϕ=4mm ,U=20V ,不通距离下的电流020*********102030405060电流I (*10^-10A )电压U (V)不同频率时伏安特性曲线测量365404.7435.8546.157705010015020025023456789电流I (*10^-10A )光阑直径ϕ(mm )电流I 与光阑直径ϕ的曲线距离L (mm ) 300 350 400 电流I (*10-10A )116.2 82.261.0020406080100120140300320340360380400420电流I (*10^-10A )距离L (mm )电流I 与距离L 的曲线。