光电效应测普朗克常量

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1、光电效应测普朗克常量一、实验背景介绍（一）光电效应在文艺复兴和工业革命后，物理学得到了迅猛的发展，在实际应用中也发挥了巨大的作用。此刻人们感觉物理学的大厦已经建成，剩下只是一些补充。直到19世纪末，物理学领域出现了四大危机：光电效应、固体比热、黑体辐射、原子光谱，其实验现象用经典物理学的理论难以解释，尤其对光电效应现象的解释与理论大相径庭。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

2、象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为的为光波，每个光子的能量为式中，h为普朗克常数，它的公认值是h=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：5（1）式中，γ为入射光的频率，m为电子的质量，v为光电子逸出金属表面的初速度。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

3、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U被称为光电效应的截止电压。显然，有（2）由（1）（2）可得：（3）由（3）可知，若光电子能量hγ

4、能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子γ的频率成正比，，将（3）式改写为:（4）上式表明，截止电压U0是入射光频率γ的线性函数，如图2，当入射光的频γ=γ0时，截止电压U0=0，没有光电子逸出。图中的直线的斜率k=h/e是一个正的常数：h=ek（5）由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的U0——γ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h。5（二）光电效应的伏安特性曲线下图是利用光电管进行的原理图。频率为v强度为p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

5、极K和阳极A之间加正向电压U(AK)，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U(AK)的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压增加到Um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。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。一、光电效应测普朗克常数实验内容（一）实验目的1、通过实验深刻理解爱因斯坦的

6、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。（二）实验器材ZKY—GD—3光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片（五个）、光阑（两个）、5光电管、测试仪（三）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

7、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h（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U0，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（1）、（2）、（3）。（5）测量三组数据你，然后对h取平均值。3、测量

8、光电管的伏安特性曲线(1)暗盒光窗口装365.0nm滤光片和4mm光阑，缓慢调节电压旋钮，令电压输出值缓慢由0V伏增加到30V，每隔1V记一个电流值。但注意在电流值为零处记下截止电压值.(2)在暗盒光窗口上换上404.7nm滤光片，仍用4mm的光阑，重复步骤（1）。(3)选择合适的坐标，分别作出两种光阑下的光电管伏安特性曲线U～I。（四）实验数据1、零电流法测普朗克常量h(光阑Ф=2mm)波长λ(nm)频率ν(×10^14Hz)截止电压U0（V）第一次第二次第三次1、补偿法测普朗克常量h波长λ(