光电效应 物理实验报告.doc

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VAKV 0 时，电流为 0，这个电压 V0 叫做截止电压。2)当 VAKV 0 后，电流 I 迅速增大，

2、然后趋于饱和，饱和光电流 IM 的大小与入射光的强度成正比。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 时，不论发光强 0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 ，在0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

3、流为零时对应的 VAK 值，以其绝对值作为该波长对应的 值，测量数据如下：0波长/nm 365 404.7 435.8 546.1 577频率/1014 8.214 7.408 6.897 5.49 5.196截止电压/V 1.679 1.335 1.107 0.557 0.434频率和截止电压的变化关系如图所示：4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.500.511.52V0与 的 关 系/1014HzV0/V由图可知：直线的方程是:y=0.4098x-1.6988 所以: h/e=0.4098 , 1014=1.610190.40981014=6.55681034 当 y=

4、0， 即 时 ， ，即该金属的截止频0=0=1.69880.4098=4.14541014率为 。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4.14541014产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。根据线性回归理论：=0022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 , 所以，相对误差：0=6.6261034=00 =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VAK I VAK I VAK I V

5、AK I VAK I VAK I0.040 1.9 0.858 4.2 2.300 9.3 6.600 19.5 12.000 27.3 22.000 35.80.089 2.1 0.935 4.4 2.500 10 6.800 19.9 12.500 27.7 22.700 36.20.151 2.3 1.096 4.9 2.700 10.6 7.200 20.5 13.000 28.3 24.100 370.211 2.4 1.208 5.3 2.900 11.1 7.800 21.5 14.200 29.4 25.700 37.90.340 2.7 1.325 5.6 3.200 12

6、8.700 23 15.000 30.1 26.800 38.30.395 2.9 1.468 6.1 3.800 13.9 9.100 23.6 16.100 31.1 27.500 38.70.470 3.1 1.637 6.7 4.200 14.8 9.800 24.6 16.600 31.6 29.500 39.50.561 3.3 1.779 7.2 4.900 16.4 10.200 25.1 17.500 32.3 30.900 40.10.656 3.6 1.930 7.8 5.400 17.4 10.700 25.8 18.600 33 0.725 3.8 2.000 8.3

7、 6.100 18.7 11.100 26.3 19.600 33.7 2） 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VAK I VAK I VAK I VAK I0.3 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 25.3 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

8、.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 种 情 况 下 ， 光 电 管 得 伏 安 特 性 曲 线 ：0 5 10 15 20 25 30 35051015202530354045546.1nm435.8nm光 电 管 的 伏 安 特 性电 压VA

9、K /VI/(10-10A)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

10、 坦 的 光 电 流 方 程 ： 。 对 于 同 一 种 金 属 ， 溢 出 功 A 相 等 ，=1220+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 不 变 ， 调 整 光 阑 的 直 径 ， 分 别 为 ： 2mm, 4mm, 8mm。 测 量=30.0对 应 的 电 流 如 下 ：光阑孔直径 mm 2 4 8435.8nm I/10108.8 36.8 108.9546.1nm I/10103.9 15.9 46.5作 出 两 种 不 同 波 长 的 光 电 流 随 光 强 的

11、 变 化 图 ， 如 下 ：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9020406080100120435.8nm546.1nm光 电 流 随 光 阑 直 径 的 变 化光 阑 直 径/mm光电流I/10(10)A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 ：0 10 20 30 40 50 6002040

12、6080100120435.8nm546.1nm光 电 流 随 光 强 的 变 化光 阑 面积/mm2光电流I2） 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 的 情 况 下 ， 保 证 光 阑 直 径 为 8mm， 测 量 两 种 光 强 下 ， 光 电 流 与 入 射 距=30.0离 的

13、变 化 关 系 如 下 表 和 下 图 所 示 ：入射距离 L 40 38 36 34 33 I/1010117.1 133.3 146.8 174.3 184 入射距离 L 40 39 38 37 36 35 34 33I/101042.3 44 45.5 49.7 57.2 59.4 66.6 74.130 32 34 36 38 40 42050100150200435.8nm546.1nm光 电 流 随 入 射 距 离 的 关 系入 射 距 离/mm光电流/10(10)A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

14、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 。