石河子大学：《综合物理实验》课程PPT教学课件（近代物理实验）光电效应法测量普朗克常数实验

光电效应法测 普朗克常数 石河子大学物理系近代物理实验课程组 2014-2015第一学期

石河子大学物理系近代物理实验课程组 2014-2015第一学期

◇1905年爱因斯坦运用“光量子”概念，成功地解 释了光电效应现象。物理学家密立根对爱因斯坦 光电效应理论做出了成功的验证，并精确测出了 普朗克常数。爱因斯坦和密立根因光电效应等 方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得诺 贝尔物理学奖。 ◇利用光电效应制成的光电器件在科学技术中得到 广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领 域，具有广阔的应用前景

 1905年爱因斯坦运用“光量子”概念，成功地解 释了光电效应现象。物理学家密立根对爱因斯坦 光电效应理论做出了成功的验证，并精确测出了 普朗克常数 。爱因斯坦和密立根因光电效应等 方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得诺 贝尔物理学奖。  利用光电效应制成的光电器件在科学技术中得到 广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领 域，具有广阔的应用前景

实验目的 。通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理 论，了解光电效应的基本规律； ◇掌握用光电管进行光电效应研究的方法： 。测定光电管伏安特性曲线，测定普朗克常 数

 通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理 论，了解光电效应的基本规律；  掌握用光电管进行光电效应研究的方法；  测定光电管伏安特性曲线，测定普朗克常 数

实验原理 AK所在为光电管，K为光电 管阴极，A为光电管阳极；G 为微电流计；V为电压表； 调节滑线变阻器可在阳极A 和阴极K之间可获得从一U到 0到+U连续变化的电压。当 光照射到光电管阴极时，阴 极释放出的光电子在电场的 作用下向阳极迁移，并且在 回路中形成光电流。 光电效应实验装置示意图

AK所在为光电管，K为光电 管阴极，A为光电管阳极；G 为微电流计；V为电压表； 调节滑线变阻器可在阳极A 和阴极K之间可获得从―U到 0到+U连续变化的电压。当 光照射到光电管阴极时，阴 极释放出的光电子在电场的 作用下向阳极迁移，并且在 回路中形成光电流。 光电效应实验装置示意图 O O O O O O V G A K B O O m

◇爱因斯坦光电效应理论：一束光是以光速G 运动的粒子（称为光子）流，光子的能量 为：e=hv；当光子打到阴极上，金属中的自 由电子吸收一个光子能量hv以后，一部分用 于电子从金属表面逸出所需的逸出功W。， 一部分转化为光电子的动能，即爱因斯坦光 电效应方程： E,-hv-Wo ◇E,是电子的初动能；hv是光子的能量；v是 光的频率；h是普朗克数；W。与光电管阴极 的材料有关，对于同一种材料W是常数

 爱因斯坦光电效应理论：一束光是以光速C 运动的粒子（称为光子）流，光子的能量 为:ε= hn ；当光子打到阴极上，金属中的自 由电子吸收一个光子能量hn以后，一部分用 于电子从金属表面逸出所需的逸出功W0 ， 一部分转化为光电子的动能，即爱因斯坦光 电效应方程： Ep=hn-W0  Ep是电子的初动能；hn是光子的能量 ； n是 光的频率 ； h是普朗克数；W0与光电管阴极 的材料有关，对于同一种材料W0是常数

◇当光子的能量hv<W,时不能产生光电子 即存在一个产生光电效应的截止频率 vo-Wo/h ◇ 当将A和K间加上反向电压UKA,它对光电子 运动起减速作用.随着反向电压的增加，到达 阳极的光电子的数目相应减少，光电流减小。 光电流降为零，此时光电子的初动能全部 用于克服反向电场的作用，此时的反向电压 称为截止电压，用U。表示，U,与电子动能 的关系为eU,=E,。入射光频率不同时，截 止电压也不同

当光子的能量 hn<W0时不能产生光电子， 即存在一个产生光电效应的截止频率 n0=W0 / h 当将A和K间加上反向电压UKA,它对光电子 运动起减速作用.随着反向电压的增加,到达 阳极的光电子的数目相应减少,光电流减小。 光电流降为零，此时光电子的初动能全部 用于克服反向电场的作用,此时的反向电压 称为截止电压，用U0 表示， U0与电子动能 的关系为e U0 =Ep。入射光频率不同时，截 止电压也不同

o由E,=hv-Wo及eUo=E,有Uo=(v-voh/e ◇实验中测量不同频率下的U,就可以画出U,-v曲 线，它是一条直线，如下图所示。 ◇直线的斜率k=h/e,结合已知量e可求出h。 ◇直线在v轴上的截距给出截止频率vo。 U 小0

 由Ep=hn-W0及e U0 =Ep有U0 =(n-n0 )h/e  实验中测量不同频率下的U0就可以画出U0-n曲 线,它是一条直线，如下图所示。  直线的斜率k=h/e，结合已知量e可求出h。  直线在n轴上的截距给出截止频率n0。 U0 n0 n

◇准确地测定入射光的外加截电压是本实验 的关键，它直接影响普朗克常数测定的准 确度 ◇在入射光频率大于截止频率且入射光强不 变的情况下，光电管理想的伏安特性如图 饱和电流 Is 截止电压

 准确地测定入射光的外加截电压是本实验 的关键，它直接影响普朗克常数测定的准 确度  在入射光频率大于截止频率且入射光强不 变的情况下，光电管理想的伏安特性如图 Is U0 O U 截止电压 饱和电流 I

。由于存在阳极光电效应所引起的反向电流 和暗电流（即无光照射时的电流），所以 测的得电流值，实际上包括上述两种电流 和由阴极光电效应所产生的正向电流三个 部分，因而实验曲线与理想曲线有所不同。 。实验应尽可能的减小反向电流和暗电流， 或者把反向电流和暗电流的数值在数据处 理时扣除；请同学们讨论、设计提高实验 精度的方法

 由于存在阳极光电效应所引起的反向电流 和暗电流（即无光照射时的电流），所以 测的得电流值，实际上包括上述两种电流 和由阴极光电效应所产生的正向电流三个 部分，因而实验曲线与理想曲线有所不同。  实验应尽可能的减小反向电流和暗电流， 或者把反向电流和暗电流的数值在数据处 理时扣除；请同学们讨论、设计提高实验 精度的方法

实验内容及数据处理 ◇测量光电管的伏安特性曲线 在不同的入射光频率下分别测量和记录UAx 与I,并描绘UAK与I曲线，描述曲线的特点 ◇测量普朗克常数 在不同的入射光频率下测量U。,画出U。-v曲 线，利用最小二乘法处理数据求出直线的斜率 k;k=h/e,结合已知量e可求出h。求出直 线在v轴上的截距给出截止频率vo。把得到的 h、v同已知量对比，比较实验的相对误差

 测量光电管的伏安特性曲线 在不同的入射光频率下分别测量和记录UAK 与I，并描绘UAK与I曲线，描述曲线的特点  测量普朗克常数 在不同的入射光频率下测量U0 ，画出U0-n曲 线,利用最小二乘法处理数据求出直线的斜率 k； k =h/e，结合已知量e可求出h。求出直 线在n轴上的截距给出截止频率n0。把得到的 h、n0同已知量对比，比较实验的相对误差