[精品]物理实验研究性报告.docx

[精品]物理实验研究性报告.docx光电效应法测定普朗克常数简要误差分析摘要—、实验原理本报告以“光屯效应法测定普朗克常数”实验为研究对象,(I)比讨论计算U。的两种方法:图示法和一元线性回归法。(2)简要分析计算截止电压U。时的误差,主要考虑实验仪在测量电压时的读数误差,并修正其不确定度。光电效应的实验原理图如左图所示。,产生的光电子在电场作用下想阴极A迁移形成光电流;改变外加电压Uak,测量出光电流I的人小,即可得到光电管的伏安特性曲线。光电效应的基本实验事实如下:(1) 对于某一频率,光电效应的I・Uak关系如下图1所示。从图屮可见,对一定的频率,有一电压U。,当Uak《二U。时,电流为零。这个相对于阴极的负值的阳极电压U。,被称为截止电压。(2) 当Uak》=山时,I迅速增加,饱和光电流5的大小与入射光的强度P成正比。(3) 对于不同频率的光,其截至电压的值不同,如下图2所示。(4) 截止电压U。与频率v的关系如图3所示,U。和v成正比。当入射光频率低于某极限值%吋,不论光的强度如何,照射时间多长,都没有光电流产生,该V。通常被称为频率红限。(5) 光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常弱,只要频率大于v。,在开始照射后立即冇光电子产生,所经过的时间至多为102的数量级。上,而是集中在称为光了的微粒上,但这种微粒仍然保持着频率的概念,频率为V的光子具冇的能量E=hv,h为普朗克常数。当光子照射到金屈表而上是,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:hv=—mv2+A2式屮,A为金属的逸出功,l/2mv/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,逸出的电子动能越人,所以即使阳极电位比阴极电位低,也会有电了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,此时冇关系:2 TJ—mv=eU“°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了的收集作用越强,光电流随Z上升;当阳极电压上升到一定程度,已把阴极发射的光电子儿乎全收集到阳极,再增加Uak时,I不再变化,光电流出现饱和,饱和光电流I"的大小与入射光的强度P成正比。光子的能量hv°<A时,屯子不能脱离金属,因而没冇光电流产生。产生光电效应的最低频率是v0=A/ho将1式代入2式得hv= +A此式表明截止电压U°是频率v的线性函数,直线斜率k=h/e,只要用实验方法得出不同的频率对应的截止电压,求出直线斜率,就可算出普朗克常数ho二、 实验仪器光电检测装置:光电管暗盒,高压汞灯灯箱,高压汞灯电源,实验基准平台。实验主机:GD-4型光电效应(普朗克常数)实验仪。三、 主要步骤1、 测试前准备预热汞灯20分钟,调整光电管与汞灯距离40cm不变。将“屯流量程”选择开关置于所选档位,进行测试前调零。2、 测普朗克常量h(1) 手动测量将直径4mm的光阑及365nm的滤色片装在光电管暗盒光输入口上,打开汞灯遮光盖。从低到高调节屯压,观察电流值变化,寻找电流为零吋对应的",以其绝对值作为该波长对应的U。的值。、>>,重复以上步骤。(2) 自动测量将