光电效应实验报告(同名18198).doc

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光电效应实验报告(同名18198)
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北京科技大学大学物理实验报告
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北京科技大学大学物理实验报告
保持着频率（或波长）的概念，频率为 的光子具有能量E = h，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：
（1）
式中，A为金属的逸出功，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，此时有关系：
（2）
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子的收集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加时I不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流 的大小与入射光的强度P成正比。
光子的能量<A时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频率（截止频率）是=A/h。
将(2)式代入(1)式可得：
（3）
此式表明截止电压是频率 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h。
爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。
【实验步骤】
1、 测试前准备
1） 将实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。
2） 调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变。
3） 用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与实验仪电压输出端（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与实验仪微电流输入端（后面板上）断开，且必须断开连线的实验仪一端。旋转“调零” 。
5）调节好后，用高频匹配电缆将电流输入连接起来，按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态。
如果要动态显示采集曲线，需将实验仪的“信号输出”端口接至示波器的“Y”输入端，“同步输出”端口接至示波器的“外触发”输入端。示波器“触发源”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”。此时示波器将用轮流扫描的方式显示5个存储区中存储的曲线，横轴代表电压，纵轴代表电流I。
2、测普朗克常数h：
测量截止电压时，“伏安特性测试/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A档。
1） 手动测量
= 1 \* GB3 ①使“手动/自动”模式键处于手动模式。
= 2 \* GB3 ②，打开汞灯遮光盖。此时电压表显示的值，单位为伏；电流表显示与对应的电流值I，单位为所选择的“电流量程”。用电压调节键→、←、↑、↓可调节的值，→、←键用于选择调节位，↑、↓键用于调节值的大小。
= 3 \* GB3 ③从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的 ，以其绝对值作为该波长对应的的值，并将数据记于表1中。为尽快找到的值，调节时应从高位到低位，先确定高位的值，再顺次往低位调节。
= 4 \* GB3 ④ nm， nm，， nm的滤色片，重复以上测量步骤。
2） 自动测量
= 1 \* GB3 ①按“手动/自动”模式键切换到自动模式。
此时电流表左边的指示灯闪烁，表示系统处于自动测量扫描范围设置状态，用电压调节键可设置扫描起始和终止电压。（注：显区左边设置起始电压，右边设置终止电压）
实验仪设有5个数据存储区，每个存储区可存储500组数据，由指示灯表示其状态。灯亮表示该存储区已存有数据，灯不亮为空存储区，灯闪烁表示系统预选的或正在存储数据的存储区。
= 2 \* GB3 ②设置好扫描起始和终止电压后，按动相应的存储区按键，仪器将先清除存储区原有数据，等待约30秒，然后按4mV的步长自动扫描，并显示、存储相应的电压