光电效应测普朗克常数-实验研讨.doc

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综合、设计性实验报告 学校 湘潭大学 院系 化学学院 学号 2015600923 姓名 周扬眉 时间 2016年5月31日 成绩 _________ 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。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,为入射光的频率,为电子的质量,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,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,则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是,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,只与光子的频率成正比,,将(3)式改写为 ????????????????? (4) 上式表明,截止电压是入射光频率的线性函数,如图2,当入射光的频率时,截止电压,没有光电子逸出。图中的直线的斜率是一个正的常数: ?????????????????????????? (5) 由此可见,只要用实验方法作出不同频率下的曲线,并求出此曲线的斜率,就可以通过式(5)求出普朗克常数。其中 是电子的电量。 U0-v 直线 2、光电效应的伏安特性曲线 下图是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为 、强度为 的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和阳极A之间加正向电压,它使K、A之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用,随着电压的增加,到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压 增加到时,光电流达到最大,不再增加,此时即称为饱和状态,对应的光电流即称为饱和光电流。 光电效应原理图 由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度,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。 爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极,且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小,所以实验中存在着如下问题: (1)暗电流和本底电流存在,可利用此,测出截止电压(补偿法)。 (2)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。由于它们的存在,使得I~U曲线较理论曲线下移,如下图所示。 伏安特性曲线 实验步骤 ?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。 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的光阑和365.0nm的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”测量该波长对应的,并数据记录。 (4) 依次换上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的滤色片,重复步骤 (5)测量三组数据,然后对取平均值。 3、测量光电管的伏安特性曲线 (1)暗盒光窗口装365.0nm滤光片和4mm

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