教案-光电效应.doc

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1、物理实验教案专业：物理教育专业课题：光电效应、普朗克常量测定教材：普物实验教程1、使学生掌握测量微小量的仪器的操作使用及注意的问题2、加深学生对光量子性的理解，对光电效应基本规律的认识3、验证爱因斯坦光电方程，学会用减速电位法测普朗克常数实验器材：微电流计，稳压电源（带电压表显示），光电管，导线五色滤光片，高压汞灯实验预习及要求部分：学生进入实验室后，安排实验组。让学生带着以下问题去预习本实验内容：1、回忆以前有关光电效应的知识，回答光电效应的规律2、爱因斯坦光电方程中的每一个参量的含义是什么3、我们如何在实

2、验中体现光电方程的几个规律，具体的现象是什么，说明什么问题4、要测定普朗克常数需要测些什么数据，具体的推导出理论公式5、本实验的系统误差主要是什么原因，我们可以采用什么方法来进行补偿，讲明道理让学生打开实验所用的电流表电源和光源进行预热后，学生开始预习，约20分钟。在这期间在黑板上画出电路，电流和电压理论曲线图，写出爱因斯坦光电方程。自己准备调整好教师示范所用的仪器用来演示操作中所注意的细节。讲课思路：光电子的动能与光的频率成正比，与光强无关；光电子的数目和光强成正比，与光的频率无关。由此得出爱因斯坦光电方程

3、：普物实验室缺少微粒计数仪器，我们用光电子所产生的电流（光电流）来描述光电子的数量。并根据电子在电场中的运动情况，用电压控制光电流的大小。实验中可以调节加在光电管两端的电压，也可调节光源和光电管的距离来改变光电流的大小，但必须知道不同的原理。实验电路图在黑板上所示：光电管两端的电压是通过划动变阻器而改变的，当光（频率大于金属极限频率）打在阴极上后产生光电子，并且有和入射光相反的动能，出射的光电子在微观上来说方向是不相同的，由于对阴极接收面现对较小，所以光电子不能全部飞到上面去，所形成的电流比较小，不能反映光电

4、子的数目，加一个使的光电子作加速的电压，这样对阴极对电子有吸引作用，只要这种电压足够大，就使得全部光电子到达对阴极而形成饱和电流，这电流才能反映入射光的强度。反之加一个使得光电子作减速运动的电压，即是使得对阴极排斥光电子当满足：=e时，有动能定理，光电子将不能到达对阴极而形成光电流。称之为截止电压。由光电方程和截止电压满足条件，我们找到频率和截止电压之间的关系式为：。为了测定普朗克常数，我们只要找到频率和截止电压一一对应的关系就可以了。理论上，只要看到电流等于零时光电管两端的电压就是截止电压。但是由于在刚才分

5、析时我们只考虑了阴极的光电效应，而阳极也可能发生并产生光电子，且电子在统计上来讲方向和阴极出射出的电子方向是相反的，所以为了有所区别，我们把阴极出射的光电子形成的电流称为阴极电流，另一个为阳极电流。在微电流表中的电流为阴极电流和阴极电流合成的总电流。截止电压是使得阴极电流为零的电压，有了阳极电流的概念后，很明显不能用电流等于零来判定截止电压了。我们作以下两种近似处理：1、交点法：当阳极电流相对于阴极电流可以忽略，就近似把总电流为零点看作阴极电流为零，即画电流曲线和横坐标相交的点（交点）的电压代替截止电压。2、

6、拐点法：阳极电流较大的仪器上，不能作这样的粗糙处理，但可根据光电流曲线的变化规律来近似找到截止电压。在电流曲线左端的拐点出现是因为阴极电流出现，阴极电流迅速增大而此时阳极电流却在饱和区。用这点电压代替截止电压在杂质电流较大情况下（阳极电流、暗电流、本底电流等）较为准确。实验中把频率和拐点电压及交点电压的关系一一列在表中，画出它们的正比例直线，找到斜率就可以找到分别对应的两个普朗克常数的实验值了。值的说明的是在这种方法下不要求去找金属的溢出功，因为是对应的直线的纵轴截距，我们只要斜率就可以了。介绍实验仪器、布置

7、实验内容、演示实验步骤：1、连接电路，预热仪器（已完成）2、介绍仪器上面的各个旋钮和按钮的作用，介绍安全操作仪器的注意事项3、调零和调满度操作和作用学生操作及答疑部分：学生操作实验，进行数据采集和分析。教师观察和抽查学生的实验情况，校正一些错误操作并对有疑问的同学进行答疑和个别示范。及时和能提出不同操作思路的同学交流，探讨可行性。课后分析：此实验仪器为集成电路板，操作方便，思路清晰，但数据采集工作量较大，随机性大，所带来的误差也较大，特别是在阴雨天气下，集成电路中的暗电流很大，提高了实验的难度。狄云松2003

8、年