光电效应实验报告.docxVIP

一、引言

当光束照射到金属表面时，会有电子从金属表面逸出，这种现象被称之为“光电效应”。对于光电效应的研究，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。现在观点效应以及基于其理论所制成的各种光学器件已经广泛用于我们的生产生活、科研、国防军事等领域。所以在本实验中，我们利用光电效应测试仪对爱因斯坦的方程进行验证，并且测出普朗克常量，了解并用实验证实光电效应的各种实验规律，加深对光的粒子性的认识。

二、实验原理

PAKAV光电效应原理图1.光电效应就是在光的照射下，某些物质内部的电子背光激发出来形成电流的现象；量子性则是源于电磁波的发射和吸收不连续而是一份一份地进行，每一份能量称之为一个能量子，等于普朗克常数乘以辐射电磁波的频率，即E=h*f

P

A

K

A

V

光电效应原理图

2.本实验的实验原理图如右图所示，用光强度为P的单色光照射光电管阴极K,阴极释放出的电子在电源产生的电场的作用下加速向A移动，在回路中形成光电流，光电效应有以下实验规律；

1)在光强P一定时，随着U的增大，光电流逐渐增大到饱和，饱和电流与入射光强成正比。

2)在光电管两端加反向电压是，光电流变小，在理想状态下，光电流减小到零时说明电子无法打到A,此时eUo=1/2mv^2。

3)改变入射光频率f时，截止电压Uo也随之改变，Uo与f成线性关系，并且存在一个截止频率fo,只有当ffo时,光电效应才可能发生，对应波长称之为截止波长（红限），截止频率还与fo有关。

4)爱因斯坦的光电效应方程：hf=1/2m(Vm)^2+W,其中W为电子脱离金属所需要的功，即逸出功，与2)中方程联立得：Uo=hf/e–W/e。

3.光阑：光具组件中光学元件的边缘、框架或特别设置的带孔屏障称为光阑，光学系统中能够限制成像大小或成像空间范围的元件。简单地说光阑就是控制光束通过多少的设备。主要用于调节通过的光束的强弱和照明范围。

三、实验装置及实验过程实验装置

光电管、高压汞灯（带电源），光电效应实验仪，导轨，滤色片（紫外365nm，紫404.7nm，蓝435.8nm，绿546.1nm,黄577nm），孔径光阑（2mm,4mm,8mm）;实验装置的图像已在预习报告中给出。

实验过程：实验开始时开始把汞灯打开，用盖子盖好；实验1：测量普朗克常数h;

1)将4mm的光圈放在光电管的入射孔，放好577nm的滤色片，将电压调为0V，将电压按键置于-2V——+2V档，将“电流量程”选择开关置于10^-13档，将测试仪电流输入电缆线断开，调零后重新接上；

2)记录此时的电流表示数为0.6*10^-13，减小电压发现此电压略有变小在-1.9V时示数为-2.1（量程不变）,增大电压到1.5V时电流表示数为-0.4；

3)打开高压汞灯的盖子，发现电流为正，之后减小电压至光电流为零，遮光后观察此时电流表示数在-0.8~-0.9跳动，而后打开盖子，减小电压至电流表示数为-0.9，此时有无光电流表示数不变，此时的电压即为截止电压。

4) 更换不同波长的滤色片，按照以上的方法测出相应波长下的截止电压，并记录；由数据拟合出截止电压与入射光频率的关系，并计算普朗克常量h。

实验2：测量光电管的伏安特性曲线；

1)将电压按键置于-2V——+2V档；将“电流量程”选择开关置于10^-13A

档位，将测试仪电流输入电缆线断开，调零后重新接上。

2)选用4mm的光阑及546.1的滤色片，由于-2V+2V档之间电流变化

较快，故在此区间内多去一些数据点（约0.15V一个）；测量至U=-0.006V时由于更换电流表量程至10^-12A，故重新进行调零；在U=2.4V时更换电压表量程至-2V+30V，再次调零；此时逐渐增大数

据点的间隔（3V一个）；在U=4.0V时更换电流表量程至10^-11A，再次调零；

3)依次记录以上数据到表格中，并且描绘出其变化曲线；实验3：入射光的波长与光电流大小的变化关系;

1)根据伏安特性曲线将电压控制在5.0V，原因在于此时电流值处于比较合适的位置，更换光阑时不会造成电流表量程的改变，减少了改变量程要调零的麻烦；

2)将电压表量程置于-2V+30V，根据以上实验结果将电流表量程调至

10^-11A，将测试仪电流输入电缆线断开，调零后重新接上。

3)选取546.1nm的滤色片，5.0V的电压，更换不同口径的光阑以改变入射光的强度