大学物理实验教案(光电效应法测量普朗克常量(仿真实验))

光电效应测量普朗克常量实验报告引言：光电效应是20世纪初物理学上的一大发现，这一现象被广泛应用于工业和科学研究中。

实验的目的是通过实验测量普朗克常量（h）。

普朗克常量是量子力学中最重要的常量之一，它是描述微观物理现象的基础。

实验原理：光电效应是指当金属表面受到光的照射时，金属表面上的自由电子可以被激发出来。

这种现象可以用经典物理学和量子力学来解释。

根据经典物理学，当光照射一个金属表面时，光子（光的波动粒子性质）会“撞击”金属表面上的电子，给它们提供一定的能量，如果这些电子获得的能量大于金属的解离能，那么它们就可以脱离金属表面成为自由电子。

而从量子力学的角度看，光子具有一定的能量和波长，对于金属来说，只有能量大于它的等效电离能才能将电子脱离金属表面，且脱离电子的动能与光子的能量差相等。

根据这两种解释，在光照射下，从金属表面脱离的电子数随着入射光的强度和频率而改变。

在实验中，可以通过改变光的频率来控制金属表面上脱离的电子数，进而测量普朗克常量。

另外，测量光电子的动能也是实验的重要指标之一。

实验器材：实验器材主要包括：汞灯、透镜、绿色滤波片（546 nm）和金属片。

在实验的过程中，我们需要依次将汞灯、透镜和绿色滤波片固定在一起，形成一个光源，将金属片放在光源前方，这样当光照射在金属片上时，就可以观察到光电子的逸出现象。

并使用一个数据采集器来测量电压和电流的变化，并通过计算来推导出普朗克常量。

实验步骤：1.首先将汞灯、透镜和绿色滤波片按照实验要求固定在一起，形成一个光源，在不同的电压下调整汞灯的强度，保证光线对金属片的照射强度在合适的范围内。

2.将金属片放置在光源前方，调整金属片的位置，使得光照射在金属片的表面上。

在不同的电压下，记录金属片释放出的光电子电流的变化情况。

3.保持光源的强度和金属片的位置不变，更换不同颜色的滤波片（即不同的波长），测量在不同波长下金属片释放出的光电子电流的变化情况。

4.通过分析实验数据，计算出光子的能量和波长，并推导出普朗克常量的数值。

物理实验教案专业：物理教育专业课题：光电效应、普朗克常量测定教材：普物实验教程1、使学生掌握测量微小量的仪器的操作使用及注意的问题2、加深学生对光量子性的理解，对光电效应基本规律的认识3、验证爱因斯坦光电方程，学会用减速电位法测普朗克常数实验器材：微电流计，稳压电源（带电压表显示），光电管，导线五色滤光片，高压汞灯实验预习及要求部分：学生进入实验室后，安排实验组。

让学生带着以下问题去预习本实验内容：1、 回忆以前有关光电效应的知识，回答光电效应的规律2、 爱因斯坦光电方程中的每一个参量的含义是什么3、 我们如何在实验中体现光电方程的几个规律，具体的现象是什么，说明什么问题4、 要测定普朗克常数需要测些什么数据，具体的推导出理论公式5、 本实验的系统误差主要是什么原因，我们可以采用什么方法来进行补偿，讲明道理 让学生打开实验所用的电流表电源和光源进行预热后，学生开始预习，约20分钟。

在这期间在黑板上画出电路，电流和电压理论曲线图，写出爱因斯坦光电方程。

自己准备调整好教师示范所用的仪器用来演示操作中所注意的细节。

讲课思路：光电子的动能与光的频率成正比，与光强无关；光电子的数目和光强成正比，与光的频率无关。

由此得出爱因斯坦光电方程：U mv h +=2max 21ν 普物实验室缺少微粒计数仪器，我们用光电子所产生的电流（光电流）来描述光电子的数量。

并根据电子在电场中的运动情况，用电压控制光电流的大小。

实验中可以调节加在光电管两端的电压，也可调节光源和光电管的距离来改变光电流的大小，但必须知道不同的原理。

实验电路图在黑板上所示：光电管两端的电压是通过划动变阻器而改变的，当光（频率大于金属极限频率）打在阴极上后产生光电子，并且有和入射光相反的动能，出射的光电子在微观上来说方向是不相同的，由于对阴极接收面现对较小，所以光电子不能全部飞到上面去，所形成的电流比较小，不能反映光电子的数目，加一个使的光电子作加速的电压，这样对阴极对电子有吸引作用，只要这种电压足够大，就使得全部光电子到达对阴极而形成饱和电流，这电流才能反映入射光的强度。

光电效应测量普朗克常量实验报告实验报告光电效应测量普朗克常量实验目的：1.测量汞灯光源的波长和频率；2.用光电效应法测量普朗克常量。

实验器材：1.试验台座；2.真空泵；3.光电管；4.放大器；5.减压阀；6.恒流源；7.多用电表；8.汞灯；9.光栅。

实验原理：1.电子当量e和普朗克常量h的关系式为eU=hf-φ；2.利用光电管的光电效应，测量φ和f，即可求得h。

实验步骤：1.按照实验原理组装光电效应测量普朗克常量的实验装置；2.打开汞灯光源和真空泵，使得试验装置真空度达到10^-4帕；3.在试验装置内部架设光栅，调整其位置和角度，使其满足“同轴光栅条件”；4.调整汞灯位置，得到暗纹和亮纹交替出现的明显的光谱条纹；5.调节汞灯电压，改变其波长，得到不同的光谱条纹；6.开启光电管；7.测量光电管的阴极工作电位（缺口电压），调节不同电压，观察光电流的变化；8.在不同波长下测量不同缺口电压，建立缺口电压U与停只管阈频率f的关系曲线；9.用最小二乘法对曲线进行线性拟合，求取其斜率k；10.用公式 h=k/e 计算出普朗克常量h。

实验结果：1.测得不同波长下的光栅间距（即光源的频率）和相应的缺口电压如下表所示：2.根据表格数据统计可得，数据经过计算和数据处理后，得到普朗克常量的平均值为6.63×10^-34 J·s。

我们与文献值相对误差1.2%左右，误差范围较小，说明实验结果比较可靠。

实验结论：通过本次实验，我们利用光电效应测量了普朗克常量，并且得到的实验结果与文献值相差不大，较为准确。

同时，我们也了解了光电效应的实验方法和原理，掌握了实验技能。

光电效应测普朗克常量实验报告一、实验题目光电效应测普朗克常数二、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。

三、仪器用具ZKY—GD—3光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片（五个）、光阑（两个）、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的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，从金属表面逸出的电子叫光电子。

为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为的光波，每个光子的能量为式中， 为普朗克常数，它的公认值是 =6.626。

按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。

爱因斯坦提出了著名的光电方程：（1）式中，γ为入射光的频率，m 为电子的质量，v 为光电子逸出金属表面的初速度，为被光线照射的金属材料的逸出功，221mv 为从金属逸出的光电子的最大初动能。

由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的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的阳极电位0U 被称为光电效应的截止电压。

显然，有（2）代入（1）式，即有（3）由上式可知，若光电子能量W h <γ，则不能产生光电子。

产生光电效应的最低频率是h W=0γ，通常称为光电效应的截止频率。

不同材料有不同的逸出功，因而0γ也不同。

由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。

又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子γ的频率成正比，，将（3）式改写为（4）上式表明，截止电压0U 是入射光频率γ的线性函数，如图2，当入射光的频率0γγ=时，截止电压00=U ，没有光电子逸出。

用光电效应测量普朗克常量【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】光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪【实验原理】1、存在截止频率v0 ：每一种金属都有一极限频率,当入射光的频率低于截止频率时，无论光的强度如何都没有光电子产生；（v0 红限频率）2、光电效应中产生光电子速度（初动能）与光强无关，而与入射光的频率成正比；3、瞬时效应：只要v>v0立即引起光电子发射(时间间隔小的可以忽略不计)4）当AKU大于或等于U0 后，I迅速增加然后趋于饱和。

饱和光电流强度Im 与入射光强P成正比。

然而对于这些实验事实，经典的波动理论无法给出圆满的解释爱因斯坦受普朗克量子假设的启发，提出了光量子假设，当光子照射金属时，金属中的电子全部吸收光子的能量hv，电子把光子能量的一部分变成它逸出金属表面所需的功W，另一部分转化为光电子的动能，即爱因斯坦光量子理论圆满地解释了光电效应的各条实验规律光强2 >光强1aU AKUI光强光强1S2IS1I光子能量: v：光子频率 h：普朗克常数光强： N:单位时间通过单位面积的光子个数当221mmveU时，光电子动能将变为零，eU代表光电子的最大初动能存在截止电压U0光电子的最大初动能等于它反抗电场力所做的功普朗克常数的测量：得截止电压U0与入射光频率v成直线关系：实验中可用不同频率的入射光照射，分别找到相应的遏止电压U0 ，就可作出U0～ v的实验直线，此直线的斜率就是k=h/e则普朗克常数：五、实验内容与步骤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，取下汞灯出光窗口的遮光罩，装好遮光筒，调节好暗盒与汞灯距离。

光电效应测普朗克常量实验报告-普朗克常量-光电实验目的：通过光电效应实验，测量普朗克常量，并了解光电效应的基本原理和应用。

实验仪器：1.光电效应实验装置2.数字多用表实验原理：光电效应是指在一些金属或半导体表面，当被光照射时，由电子被激发而跃出表面，这种现象叫做光电效应。

光子作为能量的微粒，具有一定的能量和频率，当光子的能量大于金属的功函数时，光子与金属表面相交作用，使金属中的自由电子受到激发而跃出，形成光电子。

当光子能量高于功函数时，电子可以跃出金属表面，这种现象叫做外光电效应或费米面以下的光电效应，而当光子能量低于功函数时，电子无法跃出金属表面，这种现象叫做内光电效应或费米面以上的光电效应。

符号说明：V:加速电压I：光电管输出电流f:光的频率h:普朗克常量e:元电荷K:逸出功h/e:比值实验步骤：1.打开实验室电源，并打开实验箱。

2.将吸收电压V0设为0。

3.用计时器和万用表分别测量导线的电位和当前的电流。

4.调节汞灯的极间距离，在一定距离范围内改变电压V，测量需要满足条件：I<I饱和,且I随V的增大呈线性变化。

5.采取多点法，测量下表中不同频率下的V。

f(Hz) V(V) I(mA)5.0*10^146.0*10^147.0*10^148.0*10^149.0*10^1410.0*10^146.根据数据作出电流随电压变化的连接线。

7.读取截距，算出逸出功。

I-V直线方程：I=K/h*(V-V0)8.根据逸出功和电压差，计算出普朗克常量。

h=f(K/e+V0/e)/I=f*(K/e+V0/e)/I实验结果记录：根据实验得到的数据，通过计算绘制I-V曲线，求出逸出功K，进而计算普朗克常量h，数据记录如上表。

实验误差分析：实验误差来源主要有电压、电流与频率的测量误差。

在实验过程中，可能存在测量设备的误差，增加了实验的误差。

实验结论与意义：本次实验通过测量光电效应，在一定范围内对金属的光电效应进行了测量，求出逸出功K和普朗克常量h。

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。

光电效应测普朗克常量实验报告1.引言光电效应是指金属表面被光照射时，光子与金属中自由电子相互作用，将光子的能量转化为电子的动能，从而产生电流的现象。

普朗克常量是描述光电效应的重要物理常量，它与光子的能量之间存在着一种基本关系。

本实验旨在通过测量不同波长的光照射下，光电流随光强度变化的实验数据，并利用实验数据计算普朗克常量。

2.实验仪器和原理本实验使用的主要仪器有：石英光电管、可调光源、微安表、测微器等。

光电管是一种将光信号转化为电信号的装置，它的工作原理是当光子通过光电管时，会与金属中的电子发生作用，使电子获得一定动能，从而产生电流。

光电管经过光阑限制只能接收到一束经过光衰减器调节的光，调节光强度可以通过改变光衰减器的旋钮来实现。

3.实验步骤1)首先，通过调节光源的光强度，使得微安表刻度在合适的量程范围内，并记录下光源的功率。

2)为了确定光电流与光强度之间的关系，可以通过固定光源功率，逐渐改变入射光的波长，测量光电流随光强度变化的实验数据。

3)将实验数据整合，并画出光电流随光强度的曲线图。

4)利用实验数据计算普朗克常量。

4.结果与分析根据实验数据整理后，我们得到了光电流随光强度变化的曲线图。

在实验过程中，我们发现当光源功率较小时，光电流与光强度之间存在线性关系；但当光源功率增大时，光电流与光强度之间出现饱和现象。

这是因为当光源功率较小时，每个光子与光电管中的电子发生作用的概率较小，因此光电流与光强度存在线性关系；而当光源功率较大时，大量光子与电子作用，光电流已接近饱和状态，无法再继续增大。

利用实验数据计算得到的普朗克常量与理论值相比较，可以发现它们在实验误差内是一致的。

这说明通过测量光电流与光强度的关系，我们能够较为准确地测量出普朗克常量。

5.实验误差分析和改进措施1)采用更为精确的仪器和测量方法，如使用高精度的功率计和微安表。

2)提高实验的精度，增加实验重复性，减小人为操作的影响。

3)通过加大光衰减器的步长，并且测量多个数据点，可以更好地捕捉到光电流与光强度之间的关系。

光电效应测普朗克常量
光电效应是指当金属被光照射时，金属表面发射出电子的现象。

测量光电效应可以用来确定普朗克常量的值。

具体实验步骤如下：
1. 准备一块金属样品作为实验对象。

2. 将金属样品放置在真空室内。

3. 用一束单色光照射金属样品。

光的波长可以通过调节单色仪来控制。

4. 测量照射金属样品所需的最小电压，使得金属表面开始发射电子。

这个电压被称为截止电压。

5. 根据光的波长和截止电压的关系，可以计算出普朗克常量的值。

6. 为了准确测量截止电压，必须使用高精度电压测量设备，并且需要进行多次测量取平均值。

需要注意的是，实验中所使用的金属样品必须具有一定的工作函数，并且在照射过程中必须保持表面清洁，以保证实验的准确性。