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1、,光电效应及普朗克常数的测定大学物理实验示范中心,光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。,内光电效应,光电效应是19世纪末发现的，详细的研究一直到1914年，研究中发现光电效应的基本规律，无法用麦克斯韦的经典电磁理论作出完满的解释。1905年爱因斯坦应用普朗克的量子论，提出光量子概念，给光电效应以正确的解释。其中普朗克常数是现代物理学中的一个重要常数；由光电效应实验可简单准确地测定普朗克常数，实验有助对光的
2、量子性的理解。,实验目的,1.通过光电效应实验了解光的量子性。2.测量光电管的弱电流特性,找出不同光频率下的截止电压。3.验证爱因斯坦方程，用作图法求出普朗克常数。,实验原理,在光的照射下，电子从金属表面逸出的现象，叫光电效应。,1.实验规律,（2）截止电压U0 与入射光频率具有线性关系。,（1）仅当 0（截止频率）时才发生光电效应，截止频率与材料有关，但与入射光强无关。,U0 n 曲线,(3)在同一频率下，饱和光电流强度Im 正比于入射光强P。,(4)光电效应是瞬时效应。当光照射到金属表面时，几 乎立即就有光电子逸出。,同一频率,不同入射光强时IUAK曲线,向外辐射。至于光电效应，是具有能量
3、 的一个光子作用于金属中的一个自由电子，并把它的全部能量都交给这个电子而造成的。如果电子脱离金属表面耗费的能量为 的话，则由光电效应打出来的电子的动能为,或,爱因斯坦认为从一点发出的光不是按麦 克斯韦电磁学说指出的那样以连续分布的形 式把能量传播到空间，而是频率为 的光以,为能量单位(光量子)的形式一份一份地,式中 为普克朗常数,为入射光的频率，为电子的质量，为光电子逸出金属表面时的初速度，为受光线照射的金属材料的逸出功(或功函数)。,2.爱因斯坦对光电效应的解释,实验器材,普朗克常数测定仪微电流测试仪、测试台,实验内容,1.测试前准备:盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光电管与汞灯距离调 整并
4、保持在400mm，接通测试仪及汞灯电源，预热约15min。（注意：汞灯一旦开启，不要随意关闭）(2)测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，“电压”选 择在2V+2V档，“电流量程”选择在10-13A档，旋转“电 流调零”旋钮使“电流表”指示为零。（注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零),(3)调整光路：先取下光电管暗箱遮光盖，先选择直径为4mm的光阑及波长为365.0 nm的滤光片，再取下汞灯的遮光盖，使汞灯的365.0出射光对准光电管入射窗孔。（注意：严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管）,2.用零电流法测定h 将“电压”选择按键置于2V+0V档，“电流量程”选择在10-13A档并重
5、新调零。将直径为4mm的光阑及波长为365.0nm的滤光片插在光电管入射窗孔前，调节电压UAK，使得光电流I为零，此时测试仪中显示的电压值即可认为是该入射光频率对应的截止电压。重复测量4次，填入表1中。依次更换其余四个滤光片（注意：一定要先盖上汞灯的遮光盖再更换滤光片），测出各自对应的截止电压。,表1 光阑孔f=4mm,3.测光电管的伏安特性曲线(IUAK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1010A并重新调零，将直径为4mm的光阑及波长365.0nm的滤光片插在光电管入射窗孔前。(1)从截止电压开始由低到高调节电压，直至27V（不高于30V）。从截止电压到0
6、V 区间，电压取值间隔为1V;从0V到8V 区间，电压取值间隔为2V;从8V到27 V 区间，电压取值间隔为3V;每取一电压值，记录一电流值到表2中。,为了使每个电流值都有三位有效数字，测量过程中须变换“电流量程”。（注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零)(2)换上其他滤光片，重复步骤(1)。,五、数据处理,用作图法求U0直线的斜率k:,再由h=ek求出普朗克常数h，并与公认值h0比较，求出百分误差:,五.数据处理,根据表2的数据，在坐标纸上作出对应五种通光 量的I-UAK关系曲线。,六.注意事项,本实验不必要求暗室环境，但应避免背景光强 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 汞光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箱和汞灯的遮光盖！,
