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1、光电效应实验目的：(1) 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解(2) 测量普朗克常量h。实验仪器：ZKY-GD-4 光电效应实验仪1 微电流放大器 2 光电管工作电源3 光电管 4 滤色片5 汞灯实验原理：原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光电流。改变外加电压VAK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管得伏安特性曲线。1）对于某一频率，光电效应I-VAK关系如图所示。从图中可见，对于一定频率，有一电压V0，当VAKV0时，电流为0，这个电压V0叫做截止电压。2)当VAKV0后，电流I迅速增大，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光
2、的强度成正比。3）对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图：4) 对于截止频率V0与频率的关系图如下所示。V0与成正比关系。当入射光的频率低于某极限值0时，不论发光强度如何大、照射时间如何长，都没有光电流产生。5）光电流效应是瞬时效应。即使光电流的发光强度非常微弱，只要频率大于0，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过的时间之多为10-9s的数量级。实验内容及测量：1 将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。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VAK值，以其绝对值作为该波长对应的V0值，测量数据如下：波长/nm3
3、65404.7435.8546.1577频率/1014Hz8.2147.4086.8975.495.196截止电压/V1.6791.3351.1070.5570.434频率和截止电压的变化关系如图所示：由图可知：直线的方程是:y=0.4098x-1.6988 所以: h/e=0.409810-14 , h=1.610-190.409810-14=6.556810-34Js 当y=0，即V0=0V时，=1.69880.4098=4.14541014Hz ，即该金属的截止频率为4.14541014Hz。也就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光
4、电流。根据线性回归理论：k=vV0-vV0v2-v2可得：k=0.40975，与EXCEL给出的直线斜率相同。我们知道普朗克常量h0=6.62610-34Js, 所以，相对误差：E=h-h0h0=-0.010442 测量光电管的伏安特性曲线1） 用435.8nm的滤色片和4mm的光阑实验数据如下表所示：435.8nm 4mm光阑 I-VAK的关系VAKIVAKIVAKIVAKIVAKIVAKI0.040 1.90.858 4.22.300 9.36.600 19.512.000 27.322.000 35.80.089 2.10.935 4.42.500 106.800 19.912.500
5、27.722.700 36.20.151 2.31.096 4.92.700 10.67.200 20.513.000 28.324.100 370.211 2.41.208 5.32.900 11.17.800 21.514.200 29.425.700 37.90.340 2.71.325 5.63.200 128.700 2315.000 30.126.800 38.30.395 2.91.468 6.13.800 13.99.100 23.616.100 31.127.500 38.70.470 3.11.637 6.74.200 14.89.800 24.616.600 31.629
6、.500 39.50.561 3.31.779 7.24.900 16.410.200 25.117.500 32.330.900 40.10.656 3.61.930 7.85.400 17.410.700 25.818.600 330.725 3.82.000 8.36.100 18.711.100 26.319.600 33.72） 用546.1nm的滤光片和4mm的光阑数据如下表所示：546.1nm 4mm光阑 I-VAK的关系VAKIVAKIVAKIVAKI0.3 1.3 5.9 9.1 13.2 13.0 23.8 15.9 1.0 2.6 6.8 9.8 14.1 13.3 25
7、.3 16.1 1.4 3.4 7.6 10.4 15.1 13.7 26.4 16.5 1.8 4.1 8.2 10.8 16.1 14.0 27.2 16.6 2.2 4.9 8.8 11.1 17.1 14.2 28.0 16.7 2.8 5.7 9.8 11.6 17.8 14.4 28.9 16.7 3.2 6.3 10.0 11.9 18.9 14.7 29.7 16.8 3.9 7.1 11.4 12.3 19.7 14.9 30.7 16.9 4.3 7.6 12.1 12.6 20.1 15.0 31.2 17.0 4.9 8.2 12.7 12.9 20.9 15.2 作两
8、种情况下，光电管得伏安特性曲线：由上图可知：1） 光电流随管压降的增大而逐渐增大。在增大的过程中，增长速度由快变慢最终达到饱和。这一点在546.1nm的伏安特性中可以清楚地看出。2） 当管压降相同时，比较两个不同波长的光电流可以发现：波长长的，即频率小的（546.1nm）光电流小；波长短的，即频率大的（435.8nm）光电流大。这也间接证明了爱因斯坦的光电流方程：h=12mv02+A。对于同一种金属，溢出功A相等，频率高的就能得到更大的动能来克服金属的束缚，从而形成更大的光电流。3. 保持管压降VAK=30.0V不变，调整光阑的直径，分别为：2mm, 4mm, 8mm。测量对应的电流如下：光阑
9、孔直径mm248435.8nm I/10-10A8.836.8108.9546.1nm I/10-10A3.915.946.5作出两种不同波长的光电流随光强的变化图，如下：我们可以看出：1） 同一种波长下，光电流随光阑直径的增大而增大。由于数据点有限，不能表明光阑面积（即光强的大小）同光电流的具体关系，是否是线性的，也就无从得知。所画出的图形如下：2） 不同波长下，若光阑直径相等，即光强相同，光的频率越大，光电流越大；并且，频率大的光变化也快。在光强较弱时，不同的光产生的光电流大小相差无几，但当光强变大后，两者差距逐渐变大。4 在VAK=30.0V的情况下，保证光阑直径为8mm，测量两种光强下
10、，光电流与入射距离的变化关系如下表和下图所示：入射距离L4038363433I/10-10A117.1133.3146.8174.3184入射距离L4039383736353433I/10-10A42.34445.549.757.259.466.674.1入射距离增大，光强势必会减小，由图可知，光电流变小，这样的结论和以上改变光阑直径所得结论相一致。对于不同的光波，频率大的光在相同的光强条件下，获得的光电流较大。实验总结：1） 实验中改变入射距离处误差最大，所以只能做定性分析，不能用于定量计算。2） 通过实验得到了普朗克常数，也验证了爱因斯坦的光电效应方程。3） EXCEL表格中所得到的线性方程也是利用了线性回归理论，可见线性回归理论在处理数据中有很重要的应用。4） 实验中由汞灯产生的不同波长的光的强度本身也应该有所差别，546.1nm和435.8nm的光的强度应该是不相同的。所以对于实验中的光强也无法做到定量研究。