光电效应物理实验报告.doc

光电效应 物理实验报告
光电效应
实验目得：
(1) 了解光电效应得规律，加深对光得量子性得理解
(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，产生得光电子在电场得作用下向阳极A迁移形成光电流。改变外加电压VAK，测量出光电流I得大小，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VAK≤V0时，电流为0，这个电压V0叫做截止电压。
2)当VAK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱与，饱与光电流IM得大小与入射光得强度成正比。

3）对于不同频率得光来说，其截止频率得数值不同，如右图：
4) 对于截止频率V0与频率得关系图如下所示。V0与成正比关系。当入射光得频率低于某极限值时，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）光电流效应就是瞬时效应。即使光电流得发光强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过得时间之多为10-9s得数量级。
实验内容及测量：
1 将4mm得光阑及365nm得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），观察电流值得变化，寻找电流为零时对应得VAK值，以其绝对值作为该波长对应得值，测量数据如下：
波长/nm
365
404、7
435、8
546、1
577
频率/
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
频率与截止电压得变化关系如图所示：

由图可知：直线得方程就是:y=0、4098x-1、6988 所以: h/e=0、4098× ,

当y=0，即时， ，即该金属得截止频率为。也就就是说，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给出得直线斜率相同。
我们知道普朗克常量, 所以，相对误差：

2 测量光电管得伏安特性曲线
1） 用435、8nm得滤色片与4mm得光阑
实验数据如下表所示：
435、8nm 4mm光阑 I-VAK得关系
VAK
I
VAK
I
VAK
I
VAK
I
VAK
I
VAK
I
0、040
1、9
0、858
4、2
2、300
9、3
6、600
19、5
12、000
27、3
22、000
35、8
0、089
2、1
0、935
4、4
2、500
10
6、800
19、9
12、500
27、7
22、700
36、2
0、151
2、3
1、096
4、9
2、700
10、6
7、200
20、5
13、000
28、3
24、100
37
0、211
2、4
1、208
5、3
2、900
11、1
7、800
21、5
14、200
29、4
25、700
37、9
0、340
2、7
1、325
5、6
3、200
12
8、700
23
15、000
30、1
26、800
38、3
0、395
2、9
1、468
6、1
3、800
13、9
9、100
23、6
16、100
31、1
27、500
38、7
0、470
3、1
1、637
6、7
4、200
14、8
9、800
24、6
16、600
31、6
29、500
39、5
0、561
3、3
1、779
7、2
4、900
16、4
10、200
25、1
17、500
32、3
30、900
40、1
0、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
6、100
18、7
11、100
26、3
19、600
33、7

2） 用546、1nm得滤光片与4mm得光阑
数据如下表所示：
546、1nm 4mm光阑 I-VAK得关系
VAK
I
VAK
I
VAK
I
VAK
I
0、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、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：

由上图可知：
1） 光电流随管压降得增大而逐渐增大。在增大得过程中，增长速度由快变慢最终达到饱与。这一点在546、1nm得伏安特性中可以清楚地瞧出。
2） 当管压降相同时，比较两个不同波长得光电流可以发现：波长长得，即频率小得（546、1nm）光电流小；波长短得，即频率大得（435、8nm）光电流大。这也间接证明了爱因斯坦得光电流方程：。对于同一种金属，溢出功A相等，频率高得就能得到更大得动能来克服金属得束缚，从而形成更大得光电流。
3、 保持管压降不变，调整光阑得直径，分别为：2mm, 4mm, 8mm。测量对应得电流如下：
光阑孔直径mm
2
4
8
435、8nm I/
8、8
36、8
108、9
546、1nm I/
3、9
15、9
46、5
作出两种不同波长得光电流随光强得变化图，如下：

我们可以瞧出：
1） 同一种波长下，光电流随光阑直径得增大而增大。由于数据点有限，不能表明光阑面积（即光强得大小）同光电流得具体关系，就是否就是线性得，也就无从得知。所画出得图形如下：

2） 不同波长下，若光阑直径相等，即光强相同，光得频率越大，光电流越大；并且，频率大得光变化也快。在光强较弱时，不同得光产生得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 在得情况下，保证光阑直径为8mm，测量两种光强下，光电流与入射距离得变化关系如下表与下图所示：
入射距离L
40
38
36
34
33

I/
117、1
133、3
146、8
174、3
184

入射距离L
40
39
38
37
36
35
34
33
I/
42、3
44
45、5
49、7
57、2
59、4
66、6
74、1

入射距离增大，光强势必会减小，由图可知，光电流变小，这样得结论与以上改变光阑直径所得结论相一致。对于不同得光波，频率大得光在相同得光强条件下，获得得光电流较大。
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，也验证了爱因斯坦得光电效应方程。
3） EXCEL表格中所得到得线性方程也就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得应用。
4） 实验中由汞灯产生得不同波长得光得强度本身也应该有所差别，546、1nm与435、8nm得光得强度应该就是不相同得。所以对于实验中得光强也无法做到定量研究。