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1、光电效应光电效应实验目的：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：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：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
2、I 迅速增大，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照射时间如何长，都没有光电流产生。时，不论发光强度如何大、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-9，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 s 的数量级。实验容及测量：实验容及测量：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
3、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：波长/nm频率/365404.7435.8546.15778.2141.6797.4081.3356.8971.1075.490.5575.1960.434截止电压/V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=0.4098,当 y=0，即时，即该金属的截止频率为。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：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，
4、相对误差：2 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VAKIVAKIVAKIVAKIVAKIVAKI0.0401.90.0892.10.1512.30.2112.40.8584.20.9354.41.0964.91.2085.32.3009.32.500102.70010.62.90011.16.60019.512.00027.36.80019.912.50027.77.20020.513.00028.37.80021.514.20029.422.00035.822.70036.224.100
5、3725.70037.90.3402.70.3952.90.4703.10.5613.30.6563.60.7253.81.3255.61.4686.11.6376.71.7797.21.9307.82.0008.33.200123.80013.94.20014.84.90016.45.40017.46.10018.78.7002315.00030.126.80038.327.50038.729.50039.530.90040.19.10023.616.10031.19.80024.616.60031.610.20025.117.50032.310.70025.818.6003311.1002
6、6.319.60033.72）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VAKIVAK5.96.8IVAKIVAKI0.31.31.02.61.43.41.84.12.24.92.85.79.113.213.023.815.99.814.113.325.316.17.610.415.113.726.416.58.210.816.114.027.216.68.811.117.114.228.016.79.811.617.814.428.916.73.26.310.011.918.914.729.716.83.97.111.412.
7、319.714.930.716.94.37.612.112.620.115.031.217.04.98.212.712.920.915.2作两种情况下，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：3.保持管压降对应的电流如下：不变，调整光阑的直径，分别为：2mm,4mm,8mm。测量。对于
8、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。光阑孔直径 mm435.8nmI/546.1nmI/2488.836.8108.93.915.946.5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
9、在的情况下，保证光阑直径为8mm，测量两种光强下，光电流与入射距离的变化关系如下表和下图所示：入射距离 LI/入射距离 L40117.14038133.33936146.83834174.3373318436353433I/42.34445.549.757.259.466.674.1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。