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2021年光电效应实验报告新编
2021年光电效应实验报告新编
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光电效应
【试验目】
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】
光电效应试验原理如图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 关系如图2所表示。从图中可见, 对一定频率,
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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大小与入射光强度P成正比。
(3)对于不一样频率光, 其截止电压值不一样, 如图3所表示。
(4)截止电压U0与频率 v 关系如图4所表示, U0与 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, 都没有光电流产生。
(5)光电效应是瞬时效应。即使入射光强度非常微弱, 只要频率大于 v0 , 在开始照射后立刻有光电子产生, 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 大小与入射光强度P成正比。
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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。
调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变。
用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与试验仪电压输出端（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与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:
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