光电效应测量普朗克常数的方法及误差分析.doc

吉 林 建 筑 工 程 学 院 学 报Journal of Jilin Institute of Architecture 吉 林 建 筑 工 程 学 院 学 报 Journal of Jilin Institute of Architecture Civil Engineering Vol .26 No .6 Dec .2009 第 2 6 卷 第 6 期 2009 年 12 月 光电效应测量普朗克常数的方法及误差分析 宋 晓 东 （吉林建筑工程学院基础科学部，长春 130021） 摘要：介绍了光电效应实验中通过确定截止电压测量普朗克常数的方法，并分析了实验中产生误差的原因，指 出减小误差的方法. 关键词：光电效应；普朗克常数；截止电压 中图分类号：O 433 文献标识码：A 文章编号：1009-0185（2009）06-0096-03 Method and Error Analysis of Measuring Plank’s Constant by Photoelectric effect SONG Xiao-dong (Department of Basic Science, Jilin Institute of Architecture and Civil Engineering, Changchun,China 130021) Abstract: The paper introduced the method of measuring Plank’s constant by determining the cut-off voltage in photoelectric effect experiment. The reasons that cause deviations in the experiment are analyzed and some solutions are suggested as well. Keywords: photoelectric effect; Plank’s constant; cut-off voltage 0 引言 如今光电效应已经广泛地应用于各个科技领域.利用光电效应制作的光电器件如光电管、光电池等 已成为生产和科研中不可缺少的器件.光电效应测量普朗克常数实验是大多数院校必开的近代物理实验之 一.在不同的院校中，使用的普朗常数测定仪在学生测量普朗克常数 (h) 的过程中可以采取不同的方法， 但普朗克常数 (h) 的测定值与公认值(h＝6.626×10-34JS）之间存在较大误差.笔者通过介绍不同的测定方 法，分析了误差产生的原因及消除方法. 1 实验原理 GD 光电效应实验的原理图如图 1 所示 ，图中 ，GD为光电管 ；K为光电管阴极 ，A为光 电管阳极 ；G 为微电流计 ，v 为数字电压表 ；R为滑线电阻器.调节滑线变阻器可使光 电管阳极与阴极获得一连续变化的电压，当光照射到光电管的阴极时，阴极释放的 光电子在电场作用下向阳极迁移，并且在回路中形成光电流.光电效应有如下实验规 律： （1）当光强一定时，随光电管两端电压UAK的增大，光电流趋于一饱和值(IS)——饱 V 图1 光电效应实验原理 收稿日期 ：2009 - 04 - 20. 作者简介 ：宋晓东(1969～)，男，吉林省长春市人，讲师. K A G R -U +U 和光电流，对于不同的光强，饱和光电流与光强成正比[1].（2）当光电管两端加反向电压时，光电流迅速减小，但不立即降为零.直到反向电压达到某一值U0时，光电流为零，U0称为截止电压.这种现象表明从阴极逸出具有最大动能的光电子被反向电场阻档，即122 mv max＝eU0（1）实验表明光电子的最大动能与入射光强度无关，只与入射光频率有关.（3）改变入射光频 和光电流，对于不同的光强，饱和光电流与光强成正比[1]. （2）当光电管两端加反向电压时，光电流迅速减小，但不立即降为零.直到反向电压达到某一值U0 时，光电流为零，U0称为截止电压.这种现象表明从阴极逸出具有最大动能的光电子被反向电场阻档，即 1 2 2 mv max＝eU0 （1） 实验表明光电子的最大动能与入射光强度无关，只与入射光频率有 关. （3）改变入射光频率v时，截止电压U0也随之改变，且U0与v成线性 关系，如图2所示.实验表明，无论入射光多强，只有当射光频率v大于v0 （截止频率）时才能发生光电效应[2]. 由爱因斯坦的光电效应方程： hv＝ 1 mv2 ＋W （2） 2 max 图2 截止电压与频率关系曲线 式中，hv为金属中电子从入射光中吸收一个光子的能量， 1