光电效应(包含实验报告和数据处理)
北京科技大学实验报告
光电效应
实验原理：
原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光电流。改变外加电压V AK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管得伏安特性曲线。
1）对于某一频率，光电效应I-V AK关系如图所示。从图
中可见，对于一定频率，有一电压V0，当V AK≤V0时，电流
为0，这个电压V0叫做截止电压。
2)当V AK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱和，饱
和光电流IM的大小与入射光的强度成正比。
3）对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图：
4)对于截止频率V0与频率的关系图如下所示。V0与成正比关系。当入射光的频率低于某极限值时，不论发光强度如何大、照射时间如何长，都没有光电流产生。
5）光电流效应是瞬时效应。即使光电流的发光强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过的时间之多为10-9s的数量级。
实验内容及测量：
1将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。从低
到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的V AK值，以其绝
对值作为该波长对应的值，测量数据如下：
波长/nm365404.7435.8546.1577
频率/8.2147.408 6.897 5.49 5.196
截止电压/V 1.679 1.335 1.1070.5570.434
频率和截止电压的变化关系如图所示：
由图可知：直线的方程是:y=0.4098x-1.6988所以:h/e=0.4098×,
当y=0，即时，，即该金属的截止频率为。也就是说，如果入射光如果频率低于上值
时，不管光强多大也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。
根据线性回归理论：
可得：k=0.40975，与EXCEL给出的直线斜率相同。
我们知道普朗克常量,所以，相对误差：
2测量光电管的伏安特性曲线
1）用435.8nm的滤色片和4mm的光阑
实验数据如下表所示：
435.8nm4mm光阑I-V AK的关系
V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I 0.040 1.90.858 4.2 2.3009.3 6.60019.512.00027.322.00035.8 0.089 2.10.935 4.4 2.50010 6.80019.912.50027.722.70036.2 0.151 2.3 1.096 4.9 2.70010.67.20020.513.00028.324.10037 0.211 2.4 1.208 5.3 2.90011.17.80021.514.20029.425.70037.9 0.340 2.7 1.325 5.6 3.200128.7002315.00030.126.80038.3
0.395 2.9 1.468 6.1 3.80013.99.10023.616.10031.127.50038.7 0.470 3.1 1.637 6.7 4.20014.89.80024.616.60031.629.50039.5 0.561 3.3 1.7797.2 4.90016.410.20025.117.50032.330.90040.1 0.656 3.6 1.9307.8 5.40017.410.70025.818.60033
0.725 3.8 2.0008.3 6.10018.711.10026.319.60033.7
2）用546.1nm的滤光片和4mm的光阑
数据如下表所示：
546.1nm4mm光阑I-V AK的关系
V AK I V AK I V AK I V AK I
0.3 1.3 5.99.113.213.023.815.9
1.0
2.6 6.89.814.11
3.325.316.1
1.4 3.47.610.415.113.726.416.5
1.8 4.18.210.816.114.027.216.6
2.2 4.98.811.117.114.228.016.7
2.8 5.79.811.617.814.428.916.7
3.2 6.310.011.918.91
4.729.716.8
3.97.111.412.319.71
4.930.716.9
4.37.612.112.620.11
5.031.217.0
4.98.212.712.920.91
5.2
作两种情况下，光电管得伏安特性曲线：
Z
实验4.3光电效应和普朗克常数的测量
1887年德国物理学家H.R.赫兹发现电火花间隙受到紫外线照射时会产生更强的电火花。赫兹的论文《紫外光对放电的影响》发表在1887年《物理学年鉴》上。论文详细描述了他的发现。赫兹的论文发表后，立即引起了广泛的反响，许多物理学家纷纷对此现象进行了研究，用紫外光或波长更短的X 光照射一些金属，都观察到金属表面有电子逸出的现象，称之为光电效应。
对光电效应现象的研究，使人们进一步认识到光的波粒二象性的本质，促进了光量子理论的建立和近代物理学的发展，现在光电效应以及根据光电效应制成的各种光电器件已被广泛地应用于工农业生产、科研和国防等各领域。
【实验目的】1
通过实验加深对光的量子性的认识；2验证爱因斯坦方程，并测量普朗克常数以及阴极材料的“红限”频率。
【实验原理】
一、光电效应及其实验规律
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。
研究光电效应的实验装置如图4.3.1所示，入射光照射到阴极K 时，由光电效应产生的光电子以某一初动能飞出，光电子受电场力的作用向阳极A 迁移而构成光电流。一定频率的光照射阴极K 所得到的光电流I 和两极间的电压U 的实验曲线如图4.3.2所示。随着光电管两端电压的增大,光电流趋于一个饱和值m I ，当U ≤S U 时，光电流为零，S U 称为反向遏止电压。
总结所有的实验结果，光电效应的实验规律可归纳为：
图4.3.1光电效应实验装置示意图0U S
U 图4.3.2U ——I 特性曲线
（1）对于一种阴极材料，当照射光的频率确定时，饱和光电流m I 的大小与入射光的强度
成正比。
（2）反向遏止电压S U 的物理含义是：当在光电管两端所加的反向电压为S U 时，则逸出
金属电极K 后具有最大动能的电子也不能到达阳极A，此时
2max 21mV eU S =（4.3.1）
实验得出光电子的初动能与入射光的强度无关，而只与入射光的频率有关。
（3）光电效应存在一个阈频率0ν，当入射光的频率0νν<时，不论光的强度如何都没有
光电子产生。
（4）光电效应是瞬时效应，只要照射光的频率大于0ν，一经光线照射，立刻产生光电子，
响应时间为s 9
10?。
对于这些实验事实，经典的波动理论无法给出圆满的解释。按照电磁波理论，电子从波阵面连续地获得能量。获得能量的大小应当与照射光的强度有关，与照射的时间长短有关，而与照射光的频率无关。因此对于任何频率的光，只要有足够的光强度或足够的照射时间，总会发生光电效应。这些结论是与实验结果直接矛盾的。
二、爱因斯坦方程和密立根实验
1905年爱因斯坦受普朗克量子假设的启发，提出了光量子假说，即：一束光是一粒一粒以光速C 运动的粒子流，这些粒子称为光子，光子的能量为νh E =（h 为普朗克常数，
ν为光的频率）
。当光子照射金属时，金属中的电子全部吸收光子的能量νh ，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：W mV h +=2max 2
1ν（4.3.2）式中:h —普朗克常数，公认值为6.62916S
J ?×?3410这就是著名的爱因斯坦光电效应方程。
根据这一理论，光电子的能量只决定于照射光的频率，并与之成线性关系。由（4.3.2）式可见,只有当νh W ≥时,才会有光电子发射,我们把h W 记作0ν,即
h W
=0ν（4.3.3）
这就是说0ν是能发生光电效应的入射光的最小频率，显然它的值随金属种类不同而不同,又称“红限”频率。
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。
爱因斯坦的光子理论由于与经典电磁理论抵触，一开始受到怀疑和冷遇。一方面是因为人们受传统观念的束缚，另一方面是因为当时光电效应的实验精度不高，无法验证光电效应方程。密立根从1904年开始光电效应实验，1912-1915年间，密立根对一些金属进行测量，得出了光电子的最大动能2max 2
1mV 和入射光频率ν之间的严格线性关系（图4.3.3），直线在
横轴上的交点0ν，说明照射光的频率小于0ν时不会有光电子发射。不同的金属其0ν值不同，但所有的金属直线的斜率却是不变的。密立根于1916年发表论文证实了爱因斯坦方程的正确性，并直接运用光电方法对普朗克常数h 作了首次测量。
历经十年，密立根用实验证实了爱因斯坦的光量子理论。
两位物理大师因在光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921
和1923年获得诺贝尔物理学奖。
光量子理论创立后，在固体比热，辐射理论，原子光谱等
方面都获得成功，人们逐步认识到光具有波动和粒子二象属性。
光子的能量νh E =与频率有关，当光传播时，显示出光的波
动性，产生干涉，衍射，偏振等现象；当光和物体发生作用时，
它的粒子性又突出了出来。后来科学家发现波粒二象性是一切
微观物体的固有属性，并发展了量子力学来描述和解释微观物
体的运动规律，使人们对客观世界的认识前进了一大步。
三、普朗克常数的测量原理
根据爱因斯坦光电效应方程（4.3.2）式、截止电压S U 与光电子的最大初动能的关系（4.3.2）式以及“红限”频率0ν与逸出金属表面所需的功W 之间的关系（4.3.3）式，可得到：)
(0νν?=h U e S （4.3.4）此式表明截止电压S U 是频率ν的线性函数，相应的曲线如
图4.3.4所示，可知ν?S U 直线的斜率为：
e h
k =（4.3.5）ν?S U 直线的延长线对纵轴的截距为
e W
U =0（4.3.6）ν?S U 直线与横轴的交点为阴极材料的“红限”频率0ν。
综上所述，通过用不同频率的光照射阴极，测得相应的截止电压，得出ν?S U 关系，即可求得h 、0ν、W 。
四、影响准确测量截止电压的因素
测量普朗克参数h 的关键是正确的测出截止电压S U ，但实际上由于光电管制作工艺等原因，给准确测定截止电压带来了一定的困难。
实际测量的光电管伏安特性曲线与理论曲线0图4.3.3
图4.3.4照射光频率与截止电压的关系
有明显的偏差，引起这种偏差的主要原因有：
（1）在无光照时，也会产生电流，称之为暗电流。它是由阴极在常温下的热电子发射形成的热电流和封闭在暗盒里的光电管在外加电压下因管子阴极和阳极间绝缘电阻漏电而产生的漏电流两部分组成。
（2）受环境杂散光影响形成的本底电流。
（3）由于制作光电管时阳极上往往溅有阴极材料，所以当光照射到阳极上和杂散光漫射到阳极上时，阳极上往往有光电子发射。形成阳极反向电流。
其中以漏电流和阳极反向电流影响最大。
由于上述原因，实际测量的光电管伏安特性曲线如图4.3.5所示。实验曲线在负电压区
U′。下沉，截止电压并不对应光电流为零，而对应反向电流开始趋于常量的点（拐点）
S Array
【实验仪器】
ZKY-GD-3型光电效应实验仪结构如图4.3.6所示。仪器由汞灯及电源，滤色片，光阑，
光电管、测试仪组成，测试仪的调节面板如图4.3.7所示。
图4.3.6ZKY-GD-3光电效应实验仪结构示意图
（1）高压汞灯：在其发光的光谱范围内较强的谱线有365.0nm、404.7nm、435.8nm、
546.1nm、577.0nm。
（2）滤光片：仪器配有五种带通型滤光片,其透射波长为365.0nm、404.7nm、435.8nm、
546.1nm、577.0nm 。使用时，将滤光片安装在接收暗盒的进光窗口上，以获得所需要的单色光。
（3）光阑：仪器配有孔径分别为2mm、4mm、8mm 的光阑供实验选择。
（4）光电管：阳极为镍圈，阴极为银-氧-钾（Ag-O-K），光谱响应范围320~700nm ，暗
电流：I ≤2×10-12A （-2V ≤U AK ≤0V ）。
（5）测试仪：它包括光电管工作电源和微电流放大器两部分。
光电管工作电源：2档，－2～0V，－2～＋30V，三位半数显，稳定度≤0.1%
微电流放大器：6档，10-8—10-13A，分辨率10-13A，三位半数显，稳定度≤0.2%
【实验内容】
测试前准备
（1）把汞灯及光电管暗盒遮光盖盖上，将汞灯暗盒光输出口对准光电管暗盒光输入口，调整光电管与汞灯距离为约40cm 并保持不变。将测试仪及汞灯电源接通，预热20分钟。（汞灯一旦开启，不要随意关闭！）
（2）测试仪调零：将“电流量程”选择开关置于10-12A 档位，仪器在充分预热后，进
行测试前调零。调零时，将“调零/测量”切换开关切换到“调零”档位，旋转“电流调零”旋钮使电流指示为“000”。调节好后，将“调零/测量”切换开关切换到“测试”档位，就可以进行实验了。注意注意：：在进行每一组实验前在进行每一组实验前，，必须按照上面的调零方法进行调零必须按照上面的调零方法进行调零，
，否则会影响实验精度。
1.测量普朗克常数h 、“红限”频率0
ν（1）用零电流法测定h 和0
ν由于光电管的阳极反向电流、暗电流、本底电流及极间接触电位差等因素的影响，
实测图4.3.7仪器前面板示意图
电流为零时对应的光电管的电压并非截止电压S U ，而对应于U —I 实验曲线反向电流开始
趋于常量的点（拐点）S
U ′，因此，通过实验测量光电管的伏安特性，根据U —I 实验曲线分析其“拐点”S U ′，由此得出截止电压S U 。此方法称为“拐点法”。
本实验采用ZKY-GD-3型光电效应实验仪，该实验仪采用了新型结构的光电管。由于其特殊结构使光不能直接照射到阳极，由阴极反射照到阳极的光也很少，加上采用新型的阴、阳极材料及制造工艺，使得阳极反向电流、光电管暗电流大大降低，由此测定的光电管的伏
安特性曲线S U 与S
U ′基本重合。因而可以把实测电流为零时对应的光电管电压值作为截止电压S U ，此种方法称为零电流法。
将电压选择按键置于-2V～0V 档，电流量程选择在10-13
A 挡，重新调节测试仪零点。将直径为4mm 的光阑及365.0nm 的滤色片装在光电管暗盒光输入口上。调节电压U AK ，使光电流指示为零，此时测试仪所显示的电压值即为与入射光频率对应的截止电压S U 。
更换其余四个滤光片（注意：更换滤光片时先将汞灯用遮光盖盖上！），测出各频率的光所对应的截止电压。
重复上述测量步骤，测量4组数据。
数据记录参考表格一光阑孔Φ=mm
波长λ(nm)
365.0404.7435.8546.1577.0频率ν(×1014Hz)
8.2147.408 6.879 5.490 5.196截止电压
S U （V）1
23
4
平均值（2）用补偿法测定h 和0ν（选做内容）
补偿法可补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响，其方法如下：使某频率光入射光电管，调节电压U AK 使电流为零，保持U AK 不变，将遮光盖盖住汞灯光源，此时测得的电流值I 1为该频率光入射时光电管的暗电流和本底电流。重新让汞灯照射光电管，调节电压U AK 使电流值至I 1，此时对应的电压U AK 的绝对值即可作为该频率光入射时的截止电压S U 。
2.测量光电管的伏安特性曲线（I—U 曲线）
将电压选择按键置于-2V—+30V 档；将“电流量程”选择开关置于10-11A 档,重新调节测试仪零点。将直径2mm 的光阑及435.8nm 的滤色片装在光电管暗盒光输入口上。
从低到高调节电压，记录电流从零到非零点所对应的电压值作为第一组数据，以后电压每变化一定值记录一组数据。
换上直径4mm 的光阑及546.1nm 的滤色片,重复上述测量步骤。
数据记录参考表格二
I—U 关系
435.8nm
光阑2mm U AK （V）I（×10-11A）
546.1nm 光阑4mm
U
AK
（V）
I（×10-11A）
3.验证光电管的饱和光电流
m
I与入射光强P的正比关系
将“电流量程”选择开关置于10-10A档，重新调节测试仪零点。将电压调到25V，在同一谱线,在同一入射距离下,记录光阑分别为2mm，4mm，8mm时对应的电流值。
数据记录参考表格三
m
I—P关系U AK=V
435.8nm
光阑孔ΦI（×10-10A）
546.1nm
光阑孔ΦI（×10-10A）
由于照到光电管上的光强与光阑面积成正比，用表三数据验证光电管的饱和光电流与入射光强成正比。
【数据处理】
（1）根据表格一测量数据，分别用作图法和最小二乘法求h和
ν，并与公认值进行比较，计算相对不确定度，写出h的结果表达式。
（2）根据表格二测量数据，作对应于以上两种波长及光强的伏安特性曲线。
（3）根据表格三测量数据，作对应于以上两种波长的I
m
—P关系曲线，并给出结论。注意事项：
(1)本实验可不必要求在暗室环境，但应尽量避免背景光强的剧烈变化。
(2)实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让汞灯不经过滤光片直接入射光电管窗
口。
(3)实验结束时应盖上光电管暗合遮光盖和汞灯遮光盖！
【思考题】
1.经典的波动理论是如何解释光电效应的各条实验规律?
2.爱因斯坦光量子假说的内容是什么？它是如何解释光电效应的各条实验规律?
3.密立根验证爱因斯坦光电效应方程的主要实验思想是什么？
4.影响准确测量截止电压的注意因素有哪些？
5.照射光的非单色性如何影响U—I特性曲线？
【参考文献】
1．熊永红等主编，《大学物理实验》，科学出版社，2008年
2．母国光等主编，《光学》，人民教育出版社，1979年
3．周殿清主编，《基础物理实验》科学出版社，2008年
光电效应法测普朗克常量实验报告
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
光电效应实验报告
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。
普朗克常量测量(光电效应)
姓名：； 学号； 班级 ；教师________；信箱号：______ 预约时间：第_____周、星期_____、第_____~ _____节； 座位号：_______ 《大学物理实验》报告 一、实验名称 光电效应测定普朗克常量 二、实验目的 (1) 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解. (2) 验证爱因斯坦光电效应方程，求普朗克常量 h. (3) 测定光电管的伏安特性曲线. 三、实验原理 (基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材) 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。 光电效应实验原理如图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2所示。 图1 光电效应实验原理图 图2 光电管的伏安特性曲线 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，饱和电流与光强成正比 2.光电子的初动能与入射光频率之间的关系 预习 操作 实验报告 总分 教师签字
光电子从阴极逸出时，具有初动能。当U=U A-U K为负值时，光电子逆着电场力方向由K极向A极运动，随着U的增大，光电流迅速减小，当光电流为零，此时的电压的绝对值称为遏止电位差U a. 在减速电压下,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所作的功。即根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一种微粒，即为光子。每一光子的能量为,其中h为普朗克常量，v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 v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初动能。由能量守恒定律可知h v=1/2mv2+A 由此可见，光电子的初动能与入射光频率成线性关系，而与入射光的强度无关。 只有光子的能量hv大于等于逸出功A时，光电子才能有初动能，才会产生光电效应，即当光的频率v 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 福建农林大学物理实验要求及原始数据表格 实验用电流场模拟静电场 专业___________________学号___________________姓名___________________ 一、预习要点 1.了解静电场的和电场线的基本特点，电位线与电场线的关系； 2.了解模拟法测绘静电场的原理与方法； 3.在模拟静电场时，对模拟电极和模拟介质各有什么要求。 二、实验内容、步骤及注意事项 做此实验要自备画图白纸或坐标纸。 用GVZ-3型静电场描绘实验仪模拟静电场。从实验测量来讲，测定电位比测定场强容易实现，所以可先测绘等位线，然后根据电场线与等位线正交的原理，画出电场线。这样就可由等位线的间距确定电场线的疏密和指向，将抽象的电场形象的反映出来。 1.描绘带电长直同轴圆柱面的等势面及电场线 (1)按要求连接好电路，检查无误后接通电源； (2)将坐标纸固定在静电场描迹仪上层载纸扳并用磁条压好，探针的下针放入电极内，上针放在坐标纸上准备打孔；（实验前，先用压纸磁条固定好所用白字或坐标纸，然后用同步探针定好电极位置，并用铅笔描绘出电极形式） (3)将电源输出电压调整为10.00V，再将输出与测量开关转到测量端； (4)将探针的下针对准内电极中心，上针在坐标纸上打孔；以该点为中心等角度地做八条辐射线，用探针沿着八条辐射线从里向外移动找到电势分别为 6.00V、5.00V、4.00V、3.00V、2.00V、1.00V的点并打孔； (5)取下坐标纸，用直尺测出r a和r b的值及各等势点的半径记入表中； (6)描画出带电长直同轴圆柱面的等势线及电场线。（参考讲义） 2.描绘平行输出线的等势面及电场线 (1)同样方法测绘平行输出线的等势面簇，输出电压仍然调整为10.00V ； (2)用探针分别找到电势为8.00V、6.50V、5.00V、3.50V、2.00V点并打孔，同一电势值在两电极之间至少找八个点； (3)描画出平行输出线的等势线及电场线。（参考讲义） 3.描绘一个劈尖电极和一个条形电极形成的静电场分布（方法与上面类似） 三、思考题 1.根据测绘所得等位线和电力线分布，分析哪些地方场强较强，哪些地方场强较弱？ 2.为什么要用模拟法描绘静电场？为什么用电势而不用电场强度来测绘静电场？ 3.从实验结果能否说明电极的电导率远大于导电介质的电导率？如不满足这条件会出现什么现 象？ 1 摘要：物理学是实验性学科，而物理实验在物理学的研究中占有非常重要的地位。本文着重介绍工科大学物理实验蕴涵的实验方法，提出工科大学物理实验的新类型。并介绍相关的数据处理的方法。 关键词：大学物理实验方法数据处理 正文： 一、大学物理实验方法 实验的目的是为了揭示与探索自然规律。掌握有关的基本实验方法，对提高科学实验能力有重要作用。实验离不开测量，如何根据测量要求，设计实验途径，达到实验目的？是一个必须思考的重要问题。有许多实验方法或测量方法，就是同一量的测量、同一实验也会体现多种方法且各种方法又相互渗透和结合。实验方法如何分类并无硬性规定。下面总结几种常用的基本实验方法。 根据测量方法和测量技术的不同，可以分为比较法、放大法、平衡法、转换法、模拟法、干涉法、示踪法等。 （一）比较法 根据一定的原理，通过与标准对象或标准量进行比较来确定待测对象的特征或待测量数值的实验方法称为比较法。它是最普遍、最基本、最常用的实验方法，又分直接比较法、间接比较法和特征比较法。直接比较法是将被测量与同类物理量的标准量直接进行比较，直接读数直接得到测量数据。例如，用游标卡尺和千分尺测量长度，用钟表测量时间。间接比较法是借助于一些中间量或将被测量进行某种变换，来间接实现比较测量的方法。例如，温度计测温度，电流表测电流，电位差计测电压，示波器上用李萨如图形测量未知信号频率等。特征比较法是通过与标准对象的特征进行比较来确定待测对象的特征的观测过程。例如，光谱实验就是通过光谱的比较来确定被测物体的化学成分及其含量的。 （二）放大法 由于被测量过小，用给定的某种仪器进行测量会造成很大的误差，甚至小到无法被实验者或仪器直接感觉和反应。此时可以先通过某种途径将被测量放大，然后再进行测量。放大被测量所用的原理和方法称为放大法。放大法分累计放大法、机械放大法、电磁放大法和光学放大法等。 1、累计放大法在被测物理量能够简单重叠的条件下，将它展延若干倍再进行测量的方法称为累计放大法。例如，在转动惯量的测量中用秒表测量三线摆的周期。 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 光电效应实验报告数据 一、实验数据 1、光源波长365m，孔径5 I02410162638537191116143143U-1.95-1.90-1.85-1.80 -1.75 -1.70 -1.65 -1.60 -1.55 -1.50 -1.45 -1.40 -1.35 2、光源波长405m，孔径5 I 02511 1928436184 107132 143 143 U -1.50 -1.45 -1.40 -1.35 -1.30 -1.25 -1.20 -1.15 -1.10 -1.05 -1.00 -0.95 -0. 90 3、光源波长436nm，孔径5 I 03 101930 496786108132 143 143∪-1.32 -1.27 -1.22 -1.17 -1.12 -1.07 -1.02 -0.97 -1.92 -0.87 -0.82 -0.77 4、光源波长546nm;孔径5 I061125345370100123143143U-0.77-0.75-0.73-0.71-0.69 -0.67 -0.65 -0.63 -0.61 -0.59 -0.57 5、光源波长577mm;孔径5 I 04 11203347617789 105121 140 143∪-0.65 -0.60 -0.55 -0. 50 -0.45 -0.40 -0.35 -0.30 -0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0. 05 二、实验结果分析 1、由实验得到的优安特性曲线可知，在光电效应中，随着光电管两侧正向电压的增大，光电流增大速度越来越慢，光电流的值逐渐趋于稳定，即饱和光电流。而随着反向截止电压的增大，光电流逐斩变为零。而光电流刚好为零时的电压成为反向截止电压。且波长短的 大学物理实验报告表 图片已关闭显示，点此查看 **学院物理系大学物理 学生实验报告 实验项目：实验地点：班级：姓名：座号： 实验时间：月 物理系编制 一、实验目的： 二、实验仪器设备： 三、实验原理： 四、实验步骤： 教师签名： 五、实验数据记录 六、实验数据处理 七、实验结论与分析及思考题解答 1、对实验进行总结，写出结论： 2、思考题解答： 北京师范大学珠海分校 大学物理实验报告 实验名称：杨氏弹性模量的测定 院专业学号 姓名 同组实验者 XX 年月日 实验名称 一、实验目的。。。。。。。。。 二、实验原理。。。。。。。。。。 三、实验内容与步骤。。。。。。。。。 四、数据处理与结果。。。。。。。。。 五、附件：原始数据 ****说明： 第五部分请另起一页，将实验时的原始记录装订上，原始记录上须有教师的签名。 图片已关闭显示，点此查看 大学物理演示实验报告 院系名称：勘察与测绘学院 专业班级： 姓名： 学号： 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 辉光盘 【实验目的】： 观察平板晶体中的高压辉光放电现象。 【实验仪器】：大型闪电盘演示仪 【实验原理闪电盘是在两层玻璃盘中密封了 涂有荧光材料的玻璃珠，玻璃珠充有稀薄的 惰性气体。控制器中有一块振荡 电路板，通过电源变换器，将12V低压直流 电转变为高压高频电压加在电极上。 通电后，振荡电路产生高频电压电场， 由于稀薄气体受到高频电场的电离作用二产 生紫外辐射，玻璃珠上的荧光材料受到紫外 辐射激发出可见光，其颜色由玻璃珠上涂敷 的荧光材料决定。由于电极上电压很高，故 所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。 【实验步骤】： 1. 将闪电盘后控制器上的电位器调节到最小； 2. 插上220V电源，打开开关； 3. 调高电位器，观察闪电盘上图像变化，当电压超过一定域值后，盘上出现闪光； 4. 用手触摸玻璃表面，观察闪光随手指移动变化； 5. 缓慢调低电位器到闪光恰好消失，对闪电盘拍手或说话，观察辉光岁声音的变化。 光电效应 【实验目的】 （1）了解光电效应的规律，加深对光的量子性的认识。 （2）测量普朗克常量h。 【实验仪器】 ZKY-GD-4光电效应实验仪，其组成为：微电流放大器，光电管工作电源，光电管，滤色片，汞灯。如下图所示。 【实验原理】 光电效应的实验原理如图1所示。入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场 的作用下向阳极A迁移构成光电流，改变外加电压，测量出光电流I的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。 光电效应的基本实验事实如下： （1）对应于某一频率,光电效应的I-关系如图2所示。从图中可见，对一定的频率， 有一电压U0,当≦时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压U0，被称为截止电压。 (2)当≧后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成 正比。 (3)对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。 (4)截止电压U0与频率的关系如图4所示，与成正比。当入射光频率低于某极限值 （随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。 (5)光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为秒的数量级。 按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为的光子具有能量E = h，h为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次被金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程： （1） 式中，A为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。 由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有关系： （2） 阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加时I不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流的大小与入射光的强度P成正比。 佛山科学技术学院 实验报告 课程名称实验项目 专业班级姓名学号 指导教师成绩日期年月日 一、实验目的 1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解； 2．测量光电管的伏安特性曲线； 3．学习验证爱因斯坦光电效应方程的实验方法，测量普朗克常数。 二、实验仪器 光电效应（普朗克常数）实验仪（详见本实验附录A），数据记录仪。 三、实验原理 1．光电效应及其基本实验规律 当一定频率的光照射到某些金属表面时，会有电子从金属表面 即刻逸出，这种现象称为光电效应。从金属表面逸出的电子叫 光电子，由光子形成的电流叫光电流，使电子逸出某种金属表 面所需的功称为该金属的逸出功。 研究光电效应的实验装置示意图如图1所示。GD为光电管，它 是一个抽成真空的玻璃管，管内有两个金属电极，K为光电管阴 极，A为光电管阳极；G为微电流计；V为电压表；R为滑线变 阻器。单色光通过石英窗口照射到阴极上时，有光电子从阴极K 逸出，阴极释放出的光电子在电场的加速作用下向阳极A迁移 形成光电流，由微电流计G可以检测光电流的大小。调节R可使A、K之间获得连续变化的电压AK U，改变 AK U，测量出光电流I的大小，即可测出光电管的伏安特性曲线，如图2(a)、(b)所示。 图2 光电效应的基本实验规律 光电效应的基本实验规律如下： （1）对应于某一频率，光电效应的 AK -I U关系如图2(a)所示。从图中可见，对一定的频率，有一 图1 光电效应实验示意图 实验原理（原理文字叙述和公式、原理图）四.实验步骤五、实验数据和数据处理六.实验结果七.分析讨论（实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等）八.思考题 实验三数据表的创建与管理 一、实验目的 （1）掌握表的创建方法。 （2）掌握修改表结构的方法。 （3）掌握添加、修改、删除表数据的方法。 二、实验内容 说明：在所有库文件名与表名取名时，请各位同学在所给定的文件名后加上下划线及学号后四位数字构成自己的实验数据库名与表名。如：XSGL1_20051101. 1、在数据库XSGL中创建表 （1）使用企业管理器创建表student Student表结构及其约束为： 表2-2 student表结构和约束 列名称类型宽度允许空值缺省值主键说明 Sno char 8 否是学号Sname varchar 8 否学生姓名Sex char 2 否男性别Birth smalldatetime 否出生年月Classno char 3 否班级号Entrance_date smalldatetime 否入学时间Home_addr varchar 40 是家庭地址操作步骤如下： （2）使用T-SQL语句创建表 1）创建表course表 Course表结构及其约束为： 表2-3 course表结构和约束 列名称类型宽度允许空值缺省值主键说明 cno Char 3 否是课程号Cname varchar 20 否课程名称Total_perior smallint 是总学时credit tinyint 是学分 其中学分须小于等于5. 创建course表T-SQL语句如下： （执行正确后请将以student.sql保存起来以备后用）。 插入相应的数据（至少2条）。 2）创建表SC表 SC表结构及其约束为： 表2-4 SC表结构和约束 列名称类型宽度允许空值缺省值主键外键说明 sno Char 8 否是学号 cno char 3 否是课程号grade tinyint 是否成绩 其中成绩为百分制。 创建SC表T-SQL语句如下： （执行正确后请将以SC.sql保存起来以备后用）。 2、管理表 （1）添加和删除列 练习1：给student表增加一列，字段名为stature(身高（以米单位）)，类型为numeric，长度为（4，2）,允许为空值，且身高值需小于3.0米。 1）使用企业管理器进行。 操作步骤如下： 插入该列后，在企业管理器中删除该列的操作步骤。 2）使用T-SQL语句进行。 添加stature字段的T-SQL语句。 删除stature字段的T-SQL语句。 练习2、在student表中添加两列，分别为： 所在系Sdept列，字符型，长度2，不允许为空值。 邮政篇码Postcode列，字符型，长度为6，可以为空，若不为空时，则要求其需满足其值只能出现数字，不能是其它字符。 使用T-SQL语句实现如下： （2）表的重命名及删除 1）使用企业管理器重命名及删除表。 重命名操作步骤： (如将student表重命名为student1表) 删除student1表的命令： 2）使用T-SQL语句实现 在查询分析器中，将已保存的student.sql打开，运行重建student表。 重命名student表为student1表的T-SQL语句。（提示：用存储过程） 删除student1表的T-SQL语句。 佛山科学技术学院 实 验 报 告 课程名称 实验项目 专业班级 姓名 学 号 指导教师 成绩 日 期 年 月 日 一、实验目的 1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解； 2．测量光电管的伏安特性曲线； 3．学习验证爱因斯坦光电效应方程的实验方法，测量普朗克常数。 二、实验仪器 光电效应（普朗克常数）实验仪（详见本实验附录A ），数据记录仪。 三、实验原理 1．光电效应及其基本实验规律 当一定频率的光照射到某些金属表面时，会有电子从金属表面即刻逸出，这种现象称为光电效应。从金属表面逸出的电子叫光电子，由光子形成的电流叫光电流，使电子逸出某种金属表面所需的功称为该金属的逸出功。 研究光电效应的实验装置示意图如图1所示。GD 为光电管，它是一个抽成真空的玻璃管，管内有两个金属电极，K 为光电管阴极，A 为光电管阳极；G 为微电流计；V 为电压表；R 为滑线变阻器。单色光通过石英窗口照射到阴极上时，有光电子从阴极K 逸出，阴极释放出的光电子在电场的加速作用下向阳极A 迁移形成光电流，由微电流计G 可以检测光电流的大小。调节R 可使A 、K 之间获得连续变化的电压AK U ，改变AK U ，测量出光电流I 的大小，即可测出光电管的伏安特性曲线，如图2(a)、(b)所示。 图2 光电效应的基本实验规律 光电效应的基本实验规律如下： （1）对应于某一频率，光电效应的AK -I U 关系如图2(a)所示。从图中可见，对一定的频率，有一电压0U ，当AK 0U U ≤时，光电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压0U ，称为截止电压。 （2）当AK 0U U ≥后，I 迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流M I 的大小与入射光的强度P 成正比，如图2(b)所示。 （3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图2(a)所示。 （4）截止电压0U 与频率v 的关系如图2(c)所示。0U 与ν成正比。当入射光频率低于某极限值0v （随不同金属而异）时，无论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。 （5）光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于0v ，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为910-秒的数量级。 2．爱因斯坦光电效应方程 上述光电效应的实验规律无法用电磁波的经典理论解释。为了解释光电效应现象，爱因斯坦根据普朗克的量子假设，提出了光子假说。他认为对于频率为ν的光波，每个光子的能量为E h ν=，h 为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次性为金属中的电子全部吸收，而无须积累能量的时间。电子把该能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，另一部分就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程 201 2 h m W νυ=+ （1） 式中，W 为被光线照射的金属材料的逸出功，2 012m υ为从金属逸出的光电子的最大初动能。 由式（1）可知，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低（即加反向电压）时，也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电 光电效应 实验目得： (1)了解光电效应得规律，加深对光得量子性得理解 (2)测量普朗克常量h。 实验仪器： ZKY-GD-4 光电效应实验仪 1 微电流放大器 2 光电管工作电源 3 光电管 4 滤色片 5 汞灯 实验原理： 原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K上，产生 得光电子在电场得作用下向阳极A迁移形成光电流。改变外加 电压V AK，测量出光电流I得大小，即可得出光电管得伏安特 性曲线。 1）对于某一频率，光电效应I-V AK关系如图所示。从图 中可见，对于一定频率，有一电压V0，当V AK≤V0时，电流为 0，这个电压V0叫做截止电压。 2)当V AK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱与，饱与 光电流IM得大小与入射光得强度成正比。 3）对于不同频率得光来说，其截止频率得数值不同，如右图： 4) 对于截止频率V0与频率得关系图如下所示。V0与成正比关系。当入射光得频率 低于某极限值时，不论发光强度如何大、照射 时间如何长，都没有光电流产生。 5）光电流效应就是瞬时效应。即使 光电流 得发光强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过得时间之多为10-9s得数量级。 实验内容及测量： 1 将4mm得光阑及365nm得滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值得变化，寻找电流为零时对应得V AK值，以其绝对值作为该波长对应得值，测量数据如下： 波长/nm 365 404、7 435、8 546、1 577 频率8、214 7、408 6、897 5、49 5、196 / 截止电压/V 1、679 1、335 1、107 0、557 0、434 频率与截止电压得变化关系如图所示： 由图可知：直线得方程就是:y=0、4098x-1、6988 所以: h/e=0、4098×, 当y=0，即时，，即该金属得截 止频率为。也就就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大 也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。 根据线性回归理论： 可得：k=0、40975，与EXCEL给出得直线斜率相同。 我们知道普朗克常量, 所以，相对误差： 2 测量光电管得伏安特性曲线 1）用435、8nm得滤色片与4mm得光阑 实验数据如下表所示： 435、8nm 4mm光阑 I-V AK得关系 V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I 0、040 1、9 0、858 4、2 2、300 9、3 6、600 19、5 12、000 27、3 22、000 35、8 0、089 2、1 0、935 4、4 2、500 10 6、800 19、9 12、500 27、7 22、700 36、2 0、151 2、3 1、096 4、9 2、700 10、6 7、200 20、5 13、000 28、3 24、100 37 0、211 2、4 1、208 5、3 2、900 11、1 7、800 21、5 14、200 29、4 25、700 37、9 0、340 2、7 1、325 5、6 3、200 12 8、700 23 15、000 30、1 26、800 38、3 0、395 2、9 1、468 6、1 3、800 13、9 9、100 23、6 16、100 31、1 27、500 38、7 0、470 3、1 1、637 6、7 4、200 14、8 9、800 24、6 16、600 31、6 29、500 39、5 光电效应 实验目的： (1)了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解 (2)测量普朗克常量h。 实验仪器： ZKY-GD-4 光电效应实验仪 1 微电流放大器 2 光电管工作电源 3 光电管 4 滤色片 5 汞灯 实验原理： 原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K上，产生 的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光电流。改变外加 电压V AK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管得伏安特性曲线。 1）对于某一频率，光电效应I-V AK关系如图所示。从图中 可见，对于一定频率，有一电压V0，当V AK≤V0时，电流为0， 这个电压V0叫做截止电压。 2)当V AK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度成正比。 3）对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图： 4) 对于截止频率V0与频率的关系图如下所示。V0与成正比关系。当入射光的频率低于某极限值时，不论发光强度如何大、照射时间如何长，都没有光电流产生。 5）光电流效应是瞬时效应。即使光电流的发光强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过的时间之多为10-9s的数量级。 实验内容及测量： 1 将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的V AK值，以其绝对值作为该波长对应的值，测量数据如下： 波长/nm365577 频率 / 截止电压/V 频率和截止电压的变化关系如图所示： 由图可知：直线的方程是:y= 所以: h/e=× , 当y=0，即时，，即该金属的 截止频率为。也就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大 也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。 根据线性回归理论： 可得：k=，与EXCEL给出的直线斜率相同。 我们知道普朗克常量, 所以，相对误差： 2 测量光电管的伏安特性曲线 1）用的滤色片和4mm的光阑 实验数据如下表所示： 4mm光阑 I-V AK的关系 V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I 南昌大学物理实验报告 学生姓名： 学号： 专业班级:材料12４班 实验时间：10时０0分 第十一周 星期四 座位号：2８ 一、 实验名称: 光电效应 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、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 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γ的光波,每个光子的能量为E h ν=,其中 h ＝6.62６ s J ??-3410为普朗克常数。 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: 21 2h m W νυ=+ (1) 式中, 为入射光的频率,m 为电子的质量， 为光电子逸出金属表面的初速度，W 为被 光线照射的金属材料的逸出功,1/2mv 2 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 ｅu ０－１/2m ｖ2 =０ (2） 代入上式即有 0h eU W ν=+ （3） 由上式可知，若光电子能量h ＋ Ｗ,则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是 ０ ＝W ／ｈ，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.由光电效应实验报告书
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