南昌大学物理实验报告
学生姓名: 学号：专业班级：材料１24班
实验时间：10时０0分第十一周星期四座位号：28
一、实验名称：光电效应
二、实验目得:ﻫ1、通过实验深刻理解爱因斯坦得光电效应理论,了解光电效应得
基本规律;
２、掌握用光电管进行光电效应研究得方法;
3、学习对光电管伏安特性曲线得处理方法,并用以测定普朗克常数．
三、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
四、实验原理:
1、光电效应与爱因斯坦方程
用合适频率得光照射在某些金属表面上时,会有电子从金属表面逸出,这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出得电子叫光电子。为了解释光电效应现象,爱因斯坦提出了“光量子”得概念,认为对于频率为得光波,每个光子得能量为,其中h=6、626为普朗克常数．按照爱因斯坦得理论，光电效应得实质就是当光子与电子相碰撞时,光子把全部能量传递给电子，电子所获得得能量，一部分用来克服金属表面对它得约束，其余得能量则成为该光电子逸出金属表面后得动能。爱因斯坦提出了著名得光电方程:
(１)
式中，ν为入射光得频率,为电子得质量，υ为光电子逸出金属表面得初速度,为被光线照射得金属材料得逸出功,１／2mv2为从金属逸出得光电子得最大初动能.
由（1)式可见,入射到金属表面得光频率越高，逸出得电子动能必然也越大,所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时,所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零.这个相对于阴极为负值得阳极电位被称为光电效应得截止电压。显然,有eu0-1／2mv2=０(2）代入上式即有
(3)
由上式可知，若光电子能量ｈ+ν式改写为
上式表明，截止电压就是入射光频率ν
时,截止电压,没有光电子逸出。图中得直线得斜得线性函数,如图2,当入射光得频率ν=ν
０
率k=h/ｅ就是一个正得常数:
(５)
-ν曲线，并求出此曲线得斜率,就可以由此可见,只要用实验方法作出不同频率下得U
通过式(5)求出普朗克常数。其中就是电子得电量.
1.光电效应得伏安特性曲线
图3就是利用光电管进行光电效应实验得原理图。频率为ν、强度为得光线照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出．如在阴极K与阳极Ａ之间加正向电压,它使K、A之间建立起得电场对从光电管阴极逸出得光电子起加速作用，随着电压得增加,到达阳极得光电子将逐渐增多。当正向电压增加到时，光电流达到最大,不再增加，此时即称为饱与状态，对应得光电流即称为饱与光电流。
由于光电子从阴极表面逸出时具有一定得初速度,所以当两极间电位差为零时，仍有光电流Ｉ存在，若在两极间施加一反向电压,光电流随之减少;当反向电压达到截止电压时, .
光电流为零
图4 入射光频率不同得Ｉ-Ｕ曲线图5 入射光强度不同得I-U曲线爱因斯坦方程就是在同种金属做阴极与阳极，且阳极很小得理想状态下导出得。实际上做阴极得金属逸出功比作阳极得金属逸出功小，所以实验中存在着如下问题: 暗电流与本底电流。当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流,称为暗电流。它就是由电子得热运动与光电管管壳漏电等原因造成得。室内各种漫反射光射入光电管造成得光电流称为本底电流.暗电流与本底电流随着Ｋ、A之间电压大小变化而变化.
阳极电流。制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上,阳极上也有光电子发射,就形成阳极电流．由于它们得存在,使得实际I～U曲线较理论曲线下移,如图6。
图6 伏安特性曲线
由于暗电流就是由阴极得热电子发射及光电管管壳漏电等原因产生，与阴极正向光电流相比,其值很小,且基本上随电位差Ｕ呈线性变化，因此可忽略其对遏止电位差得影响。阳极反向电流虽然在实验中较显著，但它服从一定规律.因此,确定遏止电位差值可采用以下两种方法：
⑴ 交点法
光电管阳极用逸出功较大得材料制作,制作过程中尽量防止阴极材料蒸发，实验前对光电管阳极通电,减少其上溅射得阴极材料，实验中避免入射光直接照射到阳极上，这样可使它得反向电流大大减少，其伏安特性曲线与图5十分接近,因此曲线与U轴交点得电位差值近似等于遏止电位差U
,此即本实验采用得交点法(或零电流法）。
⑵拐点法
光电管阳极反向电流虽然较大,但在结构设计上,若使反向光电流能较快地饱与，则伏安特性曲线在反向电流进入饱与段后有着明显得拐点,如图6中虚线所示得理论曲线下移
为实线所示得实测曲线，遏止电位差Ｕ
0也下移到Ｕ’
点．因此测出U’
点即测出了理论值
U
。
五、实验内容及步骤:
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,取下汞灯出光窗口得遮光罩,装好遮光筒,调节好暗盒与汞灯距离。
２、测量普朗克常数
(1) 将电压选择按键开关置于–2~＋２V档,将“电流量程”选择开关置于A档。将测试仪电流输入电缆断开,调零后重新接上。
（2) 将直径为4ｍｍ得光阑与３65、0nｍ得滤色片装在光电管电暗箱输入口上.
(３) 从高到低调节电压，用“零电流法”测量该波长对应得，并数据记录。
(4）依次换上４0５nm、43６nm、546nm、577ｎｍ得滤色片,重复步骤(1)、(２）、(３)。
（５）测量三组数据,然后对h求平均值。
3、测量光电管得伏案特性曲线：
