光电效应法测普朗克常量.doc

1、实 验 报 告 评分：少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 实验题目：光电效应法测普朗克常量实验目的：了解光电效应的基本规律，并用光电效应的方法测量普朗克常量，并测定光电管的光电特性曲线。实验仪器：光电管、滤波片、水银灯、相关电学仪器实验原理：在光电效应中，光显示出粒子性质，它的一部分能量被物体表面电子吸收后，电子逸出形成光电子，若使该过程发生于一闭合回路中，则产生光电流。实验原理图：图一：原理图光电流随加速电压差 U 的增加而增加，其大小与光强成正比，并且有一个遏止电位差 Ua 存在（此时光电流 I=0） 。当 U=Ua 时，光电子恰不能到达

2、A，由功能关系： aeUmv21而每一个光子的能量 ，同时考虑到电子的逸出功 A，由能量守恒可以知道：h2这就是爱因斯坦光电效应方程。若用频率不同的光分别照射到 K 上，将不同的频率代入光电效应方程，任取其中两个就可以解出： 21)(Ueh其中光的频率 应大于红限 ，否则无电子逸出。根据这个公式，结合图象法或者平均A0值法就可以在一定精度范围内测得 h 值。实验中单色光用水银等光源经过单色滤光片选择谱线产生；使用交点法或者拐点法可以确定较准确的遏止电位差值。实 验 报 告 评分：少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 实验内容：1、在光电管入光口装

3、上 365nm 的滤色片，电压为-3V，调整光源和光电管之间的距离，直到电流为-0.3A，固定此距离，不需再变动；2、分别测 365nm,405nm,436nm,546nm,577nm 的 V-I 特性曲线，从-3V 到 25V，拐点出测量间隔尽量小；3、装上 577 滤色片，在光源窗口分别装上透光率为 25%、50% 、75%的遮光片，加 20V 电压，测量饱和光电流 Im 和照射光强度的关系，作出 Im-光强曲线；4、作 Ua-V 关系曲线，计算红限频率和普朗克常量 h，与标准值进行比较。数据处理和误差分析：本实验中测量的原始数据如下：电压 U/V -3.0 -2.0 -1.7 -1.5

4、-1.4 -1.3 -1.2 -1.1 -1.0 -0.9 -0.8 电流 I/uA -0.3 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.4 0.7 1.1 1.6 2.1 电压 U/V -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 电流 I/uA 2.6 3.2 3.7 4.4 5.1 5.8 6.5 7.2 7.7 8.4 9.0 电压 U/V 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 电流 I/uA 9.4 9.8 10.3 10.6 10.9 11.3 11.7 12.3 13

5、.0 14.1 14.6 电压 U/V 3.0 4.0 5.0 7.0 10.0 15.0 20.0 25.0 电流 I/uA 15.4 16.5 17.2 18.3 19.2 19.8 20.0 20.1 表一：365nm 光下电压和光电流电压 U/V -3.0 -2.0 -1.3 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 电流 I/uA -0.2 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.4 0.7 1.1 1.6 2.3 3.0 电压 U/V -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 电流 I/uA 3

6、.7 4.4 5.0 5.6 6.1 6.5 6.9 7.4 7.7 8.0 8.2 电压 U/V 0.9 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 7.0 10.0 电流 I/uA 8.4 8.7 9.0 9.6 10.1 10.8 11.2 11.7 12.1 12.9 13.3 电压 U/V 15.0 20.0 25.0 电流 I/uA 13.7 13.9 14.0 表二：405nm 光下电压和光电流电压 U/V -3.0 -2.0 -1.5 -1.2 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 电流 I/uA -0.1 -0.1 -0.1

7、 -0.1 0.0 0.0 0.1 0.3 0.6 1.0 1.5 电压 U/V -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 电流 I/uA 2.1 2.7 3.4 3.9 4.4 4.9 5.3 5.6 5.9 6.2 6.4 电压 U/V 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 7.0 电流 I/uA 6.6 6.8 7.0 7.3 7.8 8.3 8.7 9.1 9.6 9.8 10.1 电压 U/V 10.0 15.0 20.0 25.0 电流 I/uA 10.5 10.8 10.9 10.9 表

8、三：436nm 光下电压和光电流实 验 报 告 评分：少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 电压 U/V -3.0 -2.0 -1.5 -1.0 -0.8 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 电流 I/uA 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.2 0.6 1.2 1.7 电压 U/V 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 电流 I/uA 2.2 2.6 3.0 3.2 3.5 3.7 3.9 4.0 4.2 4.3 4.4 电压 U/V 1.2 1.

9、5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 7.0 10.0 15.0 20.0 电流 I/uA 4.6 4.8 5.2 5.4 5.5 5.8 5.9 6.1 6.2 6.3 6.4 电压 U/V 25.0 电流 I/uA 6.4 表四：546nm 光下电压和光电流电压 U/V -3.0 -2.0 -1.5 -1.0 -0.7 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 电流 I/uA 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.2 0.5 0.8 1.0 电压 U/V 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.5 电流

10、 I/uA 1.2 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 电压 U/V 2.0 3.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 电流 I/uA 2.0 2.0 2.1 2.1 2.2 2.2 2.2 表五：577nm 光下电压和光电流100% 75% 50% 25% 0%2.2 1.8 1.1 0.6 0表六：在不同透光率下的饱和光电流（ 577nm 光下）电流单位： A根据以上表一至表五的数据，可分别作出各种不同波长（频率）光下，光电管的 V-I 特性曲线：图二：365nm 光下光电管的伏安特性曲线-505101520255101520B 5point A Smothing

11、 ofDat1_BI/A U/V实 验 报 告 评分：少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 图三：405nm 光下光电管的伏安特性曲线-50510152025-2246810121416 B 5point A Smothing of Dat1_BI/A U/V图四：436nm 光下光电管的伏安特性曲线-5051015202524681012 B 5point A Smothing of Dat1_BI/A U/V实 验 报 告 评分：少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 图五：546nm 光下光电管

12、的伏安特性曲线-50510152025-11234567 B 5point A Smothing of Dat1_BI/A U/V图六：577nm 光下光电管的伏安特性曲线-50510152025.0.51.01.52.02.5 B 5point A Smothing of Dat1_BI/A U/V根据以上五个图，利用拐点法可确定在不同光频率下的遏止电压差值，列表如下：实 验 报 告 评分：少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 /nm /Hz Ua/V365 8.221014 1.58405 7.411014 1.14436 6.881014

13、1.04546 5.491014 0.69577 5.201014 0.53表七：光频率和遏止电压的关系由此作出频率-遏止电压图，用直线拟合：5.0E+0145.0E+0146.0E+0146.50E+0147.0E+0147.50E+0148.0E+0148.50E+0140.40.60.81.01.21.41.6 B Linear Fit of Dat1_BU/V光/Hz图七：频率-遏止电压图其中该直线的斜率 k=h/e。利用最小二乘法计算直线斜率，得：Hz/V105.3)(5-251125 iiiiaiiavUk故可求得 r=0.984。那么斜率的相对标准差为 105.)2/(984.0

14、()2/(22 nrks实 验 报 告 评分：少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 普朗克常量的实验平均值为 sJ106.5105.3106. 349 Jsekh又对该实验而言， B=0.1V，其相对标准差为 （取最大误差进行计算） 。UaB取 P=0.997，那么普朗克常量的展伸不确定度为： sJ102.sJ319.05.106.5)( 3422342295.0 CKuUBA得到普朗克常量的最终表达形式为： .7Ps,J).(3497.0 Uh将结果和公认值比较，发现偏差较大，但仍然在（-3，3）范围内，可以认为在一定范围内符合要求。本实验得出

15、的结果误差较大，原因主要是电学仪器示数不稳定造成读数偏差，以及在读图过程中判断拐点的偏差有关。对于光电管 K 的逸出功，根据公式 A=h-eU a，分别计算五种频率下 A 的值：365nm 下：A 1=2.0810-19J405nm 下：A 2=2.3210-19J436nm 下：A 3=2.1910-19J546nm 下：A 4=1.9710-19J577nm 下：A 5=2.0610-19J故平均值： ，再利用误差传递公式：10.9 J10.J).106.2.810.( 291434Bmax97.0. eU那么逸出功的最终表达式为： 7.,).(1997.0PJA考虑红限频率，由于 ，那么

16、h0Hzz1434190 078.06.5/2./ 由误差传递公式，那么 23.6.512.)()(297.0297.0097. hUAUHzz31497. 08.3故红限频率的最终表达式为： 97.,)7.()( 1497.00P实 验 报 告 评分：少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-4-9 对于表六中关于光电流和光强度的关系，可以作出下图：01020304050607080901010.0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.2.4 B Linear Fit of Dat1_B光光/A光/%图八：光饱和电流和光强度的关系 从上图可以看出，在误差范围内，光饱和电流和光强度成正比例关系。 （在这里不作定量计算）