光电效应实验报告18198样稿.doc

光电效应
【试验目标】
了解光电效应规律，加深对光量子性认识。
测量普朗克常量。
【试验仪器】
ZKY-GD-4光电效应试验仪，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。以下图所表示。
【试验原理】
光电效应试验原理图1所表示。入射光照射到光电管阴极K上，产生光电子在电场作用下向阳极A迁移组成光电流，改变外加电压UAK，测量出光电流I大小，即可得出光电管伏安特征曲线。
光电效应基础试验事实以下：
（1）对应于某一频率,光电效应I-UAK 关系图2所表示。从图中可见，对一定频率，有一电压U0,当UAK≦U0时，电流为零，这个相对于阴极负值阳极电压U0，被称为截止电压。
(2)当UAK≧U0后，I快速增加，然后趋于饱和，饱和光电流IM大小和入射光强度P成正比。
(3)对于不一样频率光，其截止电压值不一样，图3所表示。
(4)截止电压U0和频率 v 关系图4所表示，U0和 v 成正比。当入射光频率低于某极限值v0（v0 随不一样金属而异）时，不管光强度怎样，照射时间多长，全部没有光电流产生。
(5)光电效应是瞬时效应。即使入射光强度很微弱，只要频率大于 v0 ，在开始照射后立即有光电子产生，所经过时间至多为10-9 秒数量级。
根据爱因斯坦光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）概念，频率为 v 光子含有能量E = h v，h为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次被金属中电子全部吸收，而无需积累能量时间。电子把这能量一部分用来克服金属表面对它吸引力，余下就变为电子离开金属表面后动能，根据能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名光电效应方程：
hv=12mv02+A （1）
式中，A为金属逸出功，12mv02为光电子取得初始动能。
由该式可见，入射到金属表面光频率越高，逸出电子动能越大，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，此时相关系：
eU0=12mv02 （2）
阳极电位高于截止电压后，伴随阳极电位升高，阳极对阴极发射电子搜集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射光电子几乎全搜集到阳极，再增加UAK时I不再改变，光电流出现饱和，饱和光电流IM 大小和入射光强度P成正比。

光子能量hv0<A时，电子不能脱离金属，所以没有光电流产生。产生光电效应最低频率（截止频率）是v0=A/h。
将(2)式代入(1)式可得：
eU0=hv-A （3）
此式表明截止电压U0是频率 v 线性函数，直线斜率k = h/e，只要用试验方法得出不一样频率对应截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数h。
爱因斯坦光量子理论成功地解释了光电效应规律。
【试验步骤】
测试前准备
将试验仪及汞灯电源接通（汞灯及光电管暗盒遮光盖盖上），预热20min。
调整光电管和汞灯距离为约40cm并保持不变。
用专用连接线将光电管暗箱电压输入端和试验仪电压输出端（后面板上）连接起来
（红—红，蓝—蓝）。
4） 将“电流量程”选择开关置于所选档位，进行测试前调零。调零时应将光电管暗盒电流输出端K和试验仪微电流输入端（后面板上）断开，且必需断开连线试验仪一端。旋转“调零” 。
5）调整好后，用高频匹配电缆将电流输入连接起来，按“调零确定/系统清零”键，系统进入测试状态。
假如要动态显示采集曲线，需将试验仪“信号输出”端口接至示波器“Y”输入端，“同时输出”端口接至示波器“外触发”输入端。示波器“触起源”开关拨至“外”，“Y衰减”旋钮拨至约“1V/格”，“扫描时间”旋钮拨至约“20μs/格”。此时示波器将用轮番扫描方法显示5个存放区中存放曲线，横轴代表电压UAK，纵轴代表电流I。
2、测普朗克常数h：
测量截止电压时，“伏安特征测试/截止电压测试”状态键应为截止电压测试状态，“电流量程”开关应处于10 －13A档。
1） 手动测量
①使“手动/自动”模式键处于手动模式。
②，打开汞灯遮光盖。此时电压表显示UAK值，单位为伏；电流表显示和UAK对应电流值I，单位为所选择“电流量程”。用电压调整键→、←、↑、↓可调整UAK值，→、←键用于选择调整位，↑、↓键用于调整值大小。
③从低到高调整电压（绝对值减小），观察电流值改变，寻求电流为零时对应UAK ，以其绝对值作为该波长对应