试验名称:光电效应法测普朗克常量h 实验目的:是了解光电效应的基本规律。并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的
光电特性曲线。
实验原理
光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。其中S 为真空光电管,K 为阴极,A 为阳极。当无光照射阴极时,由于阳极与阴极是断路,所以检流计G 中无电流流过,当用一波长比较短的单色光照射到阴极K 上时,形成光电流,光电流随加速电位差U 变化的伏安特性曲线如图8.2.1-2所示。
1.
光电流与入射光强度的关系
光电流随加速电位差U 的增加而增加,加速电位差增加到一定量值后,光电流达到饱和值和值I H ,饱和电流与光强成正比,而与入射光的频率无关。当U= U A -U K 变成负值时,光电流迅速减小。实验指出,有一个遏止电位差U a 存在,当电位差达到这个值时,光电流为零。 2.
光电子的初动能与入射频率之间的关系
当U=U a 时,光电子不再能达到A 极,光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用的功。即
a eU mv =2
2
1 (1) 根据爱因斯坦关于光的本性的假设,每一光子的能量为hv =ε,其中h 为普朗克常量,ν为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量h ν之后,一部分消耗于克服电子的逸出功A ,另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知 A mv hv +=
22
1
(2) 式(2)称为爱因斯坦光电效应方程。
3. 光电效应有光电存在
实验指出,当光的频率0v v <时,不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应,根据式(2),
h
A
v =
0,ν0称为红限。 爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法:由式(1)和(2)可得:
A U e hv +=0,当用不同频率(ν1,ν2,ν3,…,νn )的单色光分别做光源时,就有 A U e hv +=11 A U e hv +=22 ………… A U e hv n n += 任意联立其中两个方程就可得到 j
i j i v v U U e h --=
)( (3)
由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差即可算出普朗克常量h ,也可由ν-U 直线的斜率求出h 。
因此,用光电效应方法测量普朗克常量的关键在于获得单色光、测得光电管的伏安特性曲线和确定遏止电位差值。
实验内容
通过实验了解光电效应的基本规律,并用光电效应法测量普朗克常量。 1.
在577.0nm 、546.1nm 、435.8nm 、404.7nm 四种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线,并根据此曲线确定遏止电位差值,计算普朗克常量h 。
本实验所用仪器有:光电管、单色仪(或滤波片)、水银灯、检流计(或微电流计)、直流电源、直流电压计等.
j
i j i v v U U e h --=
)(,求斜率,得到普朗克常量h.
入射光波长λ/nm 365nm
伏安图像如下
Y 电流/A
X 电压/V
-1
1
Y 电流
X 电压/V
用DATA READ 读出拐点值约为 1.8a U V =- 入射光波长λ/nm 405nm
伏安图像如下
Y 电流/A
X 电压/V
饱和电压为 15.1V 拐点处放大图如下:
Y 电流
X 电压
用DATA READ 读出拐点值为 1.4a U V =-
入射光波长λ/nm 436nm
X 电压
用DATA READ 读出拐点值为 1.2a U V =-
入射光波长λ/nm 546nm
伏安图像如下
Y 电流/A
Y 电流
X 电压
用DATA READ 读出拐点值为 0.7a U V =-
入射光波长λ/nm 577nm
伏安图像如下
Y 电流/A
X 电压/V
饱和电压为5.2V 拐点处放大图如下:
Y 电流
X 电压
用DATA READ 读出拐点值为 0.6a U V =-
2.
作a U v -的关系曲线,用一元线形回归法计算光电管阴极材料的红限频率、逸出功及h 值,并与公认值比较。
14
/10Hz
频率遏制电
做出~a U υ图像
拟合直线 斜率为14
0.388210
/k V Hz -=? 截距 1.44b =-
A U e hv +=0,当用不同频率(ν1,ν2,ν3,…,νn )的单色光分别做光源时,就有 A U e hv +=11 A U e hv +=22 …………
A U e hv n n +=
所以有 n n h A U v e e
=
-
140.388210h e -=? 1.44/A
J C e
= 346.2110h -=? 192.3010A J -=?
3434
34
6.6310 6.2110 6.3%6.6310h h ---??-?==?标准 红限140 3.4810A
Hz h
ν=
=? 3
测量光电管的光电特性曲线,即饱和光电流与照射光强度的关系。
令光照强度,k 为比例系数.
入射光波长 577nm
透光率~饱和光电流图像如下
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Y 透
光率X 饱和光电 流
(此文档为word格式,下载后您可任意编辑修改!) 大学物理实验报告答案大全(实验数据及思考题答案全包括) 伏安法测电阻 实验目的(1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。 (3) 学会间接测量量不确定度的计算;进一步掌握有效数字的概念。 U 实验方法原理根据欧姆定律,R =,如测得U 和I 则可计算出R。值得注意的是,本实验待测电阻有两只, I 一个阻值相对较大,一个较小,因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式,以减小测量误差。 实验装置待测电阻两只,0~5mA 电流表1 只,0-5V 电压表1 只,0~50mA 电流表1 只,0~10V 电压表一只,滑线变阻器1 只,DF1730SB3A 稳压源1 台。 实验步骤本实验为简单设计性实验,实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时,可提示学生参照第2 章中的第2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的,并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量,记录U 值和I 值。对每一个电阻测量3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大,可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大,应分析原因并重新测量。 数据处理 (1) 由?U =U max ×1.5% ,得到?U 1 = 0.15V,?U2 = 0.075V ; (2) 由?I = I max ×1.5% ,得到?I 1 = 0.075mA,?I 2 = 0.75mA; (3) 再由u= R ( ?U )2 + ( ?I ) 2 ,求得u= 9 ×101?, u= 1?; R 3V 3I R1 R2 (4) 结果表示R1 = (2.92 ± 0.09) ×10光栅衍射实验目的 (1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。?, R 2 = (44 ±1)? (3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长实验方法原理
实验题目:光电效应法测普朗克常量 实验目的:1.了解光电效应的基本规律; 2.用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。 实验原理:当光照在物体上时,光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收,而另一部分则转换为物体中某些电子的能量,使电子逸出物体表面,这种现象称为光电效应,逸出的电子称为光电子。在光电效应中,光显示出它的粒子性质,所以这种现象对认识光的本性,具有极其重要的意义。 光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。 1. 光电流与入射光强度的关系 光电流随加速电位差U 的增加而增加,加速电位差增加到一定量值后,光电流达到饱和值和值I H ,饱和电流与光强成正比,而与入射光的频率无关。当U= U A -U K 变成负值时,光电流迅速减小。实验指出,有一个遏止电位差U a 存在,当电位差达到这个值时,光电流为零。 2. 光电子的初动能与入射频率之间的关系 光电子从阴极逸出时,具有初动能,在减速电压下,光电子逆着电场力方向由K 极向A 极运动。当U=U a 时,光电子不再能达到A 极,光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用的功。即 a eU mv =2 2 1 (1) 根据爱因斯坦关于光的本性的假设,光是一粒一粒运动着的粒子流,这些光粒子称为光子。每一光子的能量为hv =ε,其中h 为普朗克常量,ν为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量h ν之后,一部分消耗于克服电子的逸
出功A ,另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知 A mv hv += 2 2 1 (2) 式(2)称为爱因斯坦光电效应方程。 由此可见,光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系,而与入射光的强度无关。 3. 光电效应有光电存在 实验指出,当光的频率0v v <时,不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应,根据式(2),h A v = 0,ν0称为红限。 爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法:由式(1)和(2)可得: A U e hv +=0,当用不同频率(ν1,ν2,ν3,…,νn )的单色光分别做光源时,就有 A U e hv +=11 A U e hv +=22 ………… A U e hv n n += 任意联立其中两个方程就可得到 j i j i v v U U e h --= )( (3) 由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差即可算出普朗克常量h ,也可由ν-U 直线的斜率求出h 。 因此,用光电效应方法测量普朗克常量的关键在于获得单色光、测得光电管的伏安特性曲线和确定遏止电位差值。 实验中,单色光可由水银灯光源经过单色仪选择谱线产生。 表8.2.1-1 可见光区汞灯强谱线
南昌大学物理实验报告 学生姓名:黄晨学号:5502211059 专业班级:应用物理学111班班级编号:S008实验时间:13时00 分第3周星期三座位号:07 教师编号:T003成绩: 光电效应 一、实验目的 1、研究光电管的伏安特性及光电特性;验证光电效应第一定律; 2、了解光电效应的规律,加深对光的量子性的理解; 3、验证爱因斯坦方程,并测定普朗克常量。 二、实验仪器 普朗克常量测定仪 三、实验原理 当一定频率的光照射到某些金属表面上时,有电子从金属表面逸出,这种现象称为光电效应,从金属表面逸出的电子叫光电子。实验示意图如下 图中A,K组成抽成真空的光电管,A为阳极,K为阴极。当一定频率v的光射到金属材料做成的阴极K上,就有光电子逸出金属。若在A、K两端加上电压后光电子将由K定向的运动到A,在回路中形成电流I。 当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时,便会获得这个光子的全部能量,如果这些能量大于电子摆脱金属表面的溢出功W,电子就会从金属中溢出。按照能量守恒原理有
南昌大学物理实验报告 学生姓名:黄晨学号:5502211059 专业班级:应用物理111 班级编号:S008实验时间:13 时00分第03周星期三座位号:07 教师编号:T003成绩:此式称为爱因斯坦方程,式中h为普朗克常数,v为入射光频。v存在截止频率,是的 吸收的光子的能量恰好用于抵消电子逸出功而没有多余的动能,只有当入射光的频率大于截止频率时,才能产生光电流。不同金属有不同逸出功,就有不同的截止频率。 1、光电效应的基本实验规律 (1)伏安特性曲线 当光强一定时,光电流随着极间电压的增大而增大,并趋于一个饱和值。 (2)遏制电压及普朗克常数的测量 当极间电压为零时,光电流并不等于零,这是因为电子从阴极溢出时还具有初动能,只有加上适当的反电压时,光电流才等于零。
一、 选择题(每题4分,打“ * ”者为必做,再另选做4题,并标出选做记号“ * ”,多做不给分,共40分) 1* 某间接测量量的测量公式为4 3 23y x N -=,直接测量量x 和y 的标准误差为x ?和y ?,则间接测 量量N 的标准误差为?B N ?=; 4322 (2)3339N x x y x x x ??-==?=??, 3334(3)2248y N y y y y x ??==-?=-??- ()()[]21 23 2 289y x N y x ?+?=? 2* 。 用螺旋测微计测量长度时,测量值=末读数—初读数(零读数),初读数是为了消除 ( A ) (A )系统误差 (B )偶然误差 (C )过失误差 (D )其他误差 3* 在计算铜块的密度ρ和不确定度ρ?时,计算器上分别显示为“8.35256”和“ 0.06532” 则结果表示为:( C ) (A) ρ=(8.35256 ± 0.0653) (gcm – 3 ), (B) ρ=(8.352 ± 0.065) (gcm – 3 ), (C) ρ=(8.35 ± 0.07) (gcm – 3 ), (D) ρ=(8.35256 ± 0.06532) (gcm – 3 ) (E) ρ=(2 0.083510? ± 0.07) (gcm – 3 ), (F) ρ=(8.35 ± 0.06) (gcm – 3 ), 4* 以下哪一点不符合随机误差统计规律分布特点 ( C ) (A ) 单峰性 (B ) 对称性 (C ) 无界性有界性 (D ) 抵偿性 5* 某螺旋测微计的示值误差为mm 004.0±,选出下列测量结果中正确的答案:( B ) A . 用它进行多次测量,其偶然误差为mm 004.0; B . 用它作单次测量,可用mm 004.0±估算其误差; B =?==? C. 用它测量时的相对误差为mm 004.0±。 100%E X δ = ?相对误差:无单位;=x X δ-绝对误差:有单位。
光电效应测普朗克常量 姓名:梁智健 学院:材料成型及控制工程166班 学号:5901216163 台号:22 时间:2017-10-16 实验教室:309 【实验目的】 1、验证爱因斯坦光电效应方程,并测定普朗克常量h。 2、了解光电效应规律,加深对光的量子性的理解。 3、学会用作图法处理数据。 4、研究光电管的伏安特性及光电特性。 【实验仪器】 1.光电效应测定仪 2.光电管暗箱 3.汞灯灯箱以及汞灯电源箱。 【实验原理】 1、当光照射在物体上时,光的能量只有部分以热的形式被 物体所吸收,而另一部分则转换 为物体中某些电子的能量,使这 些电子逸出物体表面,这种现象 称为光电效应。在光电效应这一 现象中,光显示出它的粒子性, 所以深入观察光电效应现象,对 认识光的本性具有极其重要的意 义。普朗克常数h是1900年普朗克 为了解决黑体辐射能量分布时提 出的“能量子”假设中的一个普
适常数,是基本作用量子,也是粗略地判断一个物理体系是否需要用量子力学来描述的依据。 1905年爱因斯坦为了解释光电效应现象,提出了“光量子”假设,即频率为v 的光子其能量为h v ?。当电子吸收了光子能量h v ?之后,一部分消耗与电子的逸出功W ,另一部分转换为电子的动能212 m v ?,即爱因斯坦光电效应方程 212m hv mv W =+(1) 2、光电效应的实验示意图如图1所示,图中GD 是光电管, K 是光电管阴极,A 为光电管阳 极,G 为微电流计,V 为电压表, E 为电源,R 为滑线变阻器,调 节R 可以得到实验所需要的加 速电位差AK U 。不同的电压AK U ,回路中有不同的电流I 与之对 应,则可以描绘出如图2所示的 AK U -I 伏安特性曲线。 (1)饱和电流的强度与光强成 正比 加速电压AK U 越大,电流I 越大,当AK U 增加到一定值后,电流达到最大值H I ,H I 称为饱和电流,而且H I 的大小只与光强成正比。 (2)遏制电压的大小与照射光的频率成正比 如图3所示,电源E 反向连接,即当加速电压AK U 变为负值时,电流I 会迅速较少,当加速电压AK U 负到一定值Ua 时,电流0I =,这个电压Ua 叫做遏制电压,4所示。 212 a mv e U =?(2)
光电效应和普朗克常量的测定 创建人:系统管理员总分:100 实验目的 了解光电效应的基本规律,学会用光电效应法测普朗克常量;测定并画出光电管的光电特性曲线。 实验仪器 水银灯、滤光片、遮光片、光电管、光电效应参数测试仪。 实验原理 光电效应: 当光照射在物体上时,光子的能量一部分以热的形式被物体吸收,另一部分则转换为物体中一些电子的能量,是部分电子逃逸出物体表面。这种现象称为光电效应。爱因斯坦曾凭借其对光电效应的研究获得诺贝尔奖。在光电效应现象中,光展示其粒子性。 光电效应装置: S为真空光电管。内有电极板,A、K极板分别为阳极和阴极。G为检流计(或灵敏电流表)。无光照时,光电管内部断路,G中没有电流通过。U为电压表,测量光电管端电压。 由于光电管相当于阻值很大的“电阻”,与其相比之下检流计的内阻基本忽略。故检流计采用“内接法”。 用一波长较短(光子能量较大)的单色光束照射阴极板,会逸出光电子。在电源产生的加速电场作用下向A级定向移动,形成光电流。显然,如按照图中连接方式,U越大时,光电流
I 势必越大。于是,我们可以作出光电管的伏安特性曲线,U=I 曲线关系大致如下图: 随着U 的增大,I 逐渐增加到饱和电流值IH 。 另一方面,随着U 的反向增大,当增大到一个遏制电位差Ua 时,I 恰好为零。此时电子的动能在到达A 板时恰好耗尽。 光电子在从阴极逸出时具有初动能2 2 1mv ,当U=Ua 时,此初动能恰好等于其克服电场力所做的功。即: ||2 12 a U e mv = 根据爱因斯坦的假设,每粒光子有能量hv =ε。式中h 为普朗克常量,v 为入射光波频率。 物体表面的电子吸收了这个能量后,一部分消耗在克服物体固有的逸出功A 上,另一部分则转化为电子的动能,让其能够离开物体表面,成为光电子。 于是我们得到爱因斯坦的光电效应方程:A m hv += 2 v 2 1 由此可知,光电子的初动能与入射光频率成线性关系,而与光强度无关。(光强度只对单位时间内逸出物体表面的光电子的个数产生影响) 光电效应的光电阈值: 红限:当入射光频率v 低于某一值0v 时,无论用多强的光照都不会发生光电效应。由光电效应方程易得这个频率h A v /0=,称为红限。 测量普朗克常量的方法: 用光波频率为的单色光照射阴极板,测量其遏制电位差Ua 。 于是有: A U e hv a +=|| 所以: e A v -= e h |U |a 这表明了截止电压|U |a 和光波频率v 成正比。 实验中获得单色光的方法: 使用水银灯发出稳定白光作为光源,再使用不同颜色的滤光片罩在光电管的入光口以得到相应颜色的单色光,还可以使用不同透光度的遮光片罩在水银灯的出光口以得到不同强度的
U 2 I 2 大学物理实验报告答案大全(实验数据及思考题答案全包括) 伏安法测电阻 实验目的 (1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。 (3) 学会间接测量量不确定度的计算;进一步掌握有效数字的概念。 实验方法原理 根据欧姆定律, R = U ,如测得 U 和 I 则可计算出 R 。值得注意的是,本实验待测电阻有两只, 一个阻值相对较大,一个较小,因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式,以减小测量误差。 实验装置 待测电阻两只,0~5mA 电流表 1 只,0-5V 电压表 1 只,0~50mA 电流表 1 只,0~10V 电压表一 只,滑线变阻器 1 只,DF1730SB3A 稳压源 1 台。 实验步骤 本实验为简单设计性实验,实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时,可提示学 生参照第 2 章中的第 2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的,并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量,记录 U 值和 I 值。对每一个电阻测量 3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大,可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大,应分析原因并重新测量。 数据处理 (1) 由 U = U max ? 1.5% ,得到 U 1 = 0.15V , U 2 = 0.075V ; (2) 由 I = I max ? 1.5% ,得到 I 1 = 0.075mA , I 2 = 0.75mA ; (3) 再由 u R = R ( 3V ) + ( 3I ) ,求得 u R 1 = 9 ? 101 &, u R 2 = 1& ; (4) 结果表示 R 1 = (2.92 ± 0.09) ?10 3 &, R 2 = (44 ± 1)& 光栅衍射 实验目的 (1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。 (3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长 实验方法原理