实验十二 用光电效应测定普朗克常量汇.doc

实验十二???用光电效应测定普朗克常量 当一定频率的光照射到某些金属材料表面时，可使金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫光电效应．光电效应是经典电磁理论所不能解释的．光电效应实验及其光量子理论的解释是量子理论的生长点，在揭示光的波粒二象性方面具有划时代的深远意义，而普朗克常量正是量子理论与经典理论的联系常数． ·实验目的 1．通过实验加深对光的量子性的认识； 2．用最高频滤波片，测量光电管的伏安特性曲线； 3．通过光电管的弱电流特性，测出不同频率下的遏止电压（三种方法任选其一），求出普朗克常量； 4．探究光电管的饱和光电流与入射光强的关系；探讨比较确定遏止电压的三种方法（自主设计实验方案）． ·实验仪器 高压汞灯，干涉滤光片，光阑，光电效应实验仪． ZKY-GD-3光电效应实验仪，如图12-1（a）所示．仪器由汞灯及电源，滤色片，光阑，光电管、测试仪（含光电管电源和微电流放大器）构成，仪器结构如图12-1（b）所示，测试仪的调节面板如图12-2所示． 图12-1（a） 光电效应实验仪实物图 实验仪 1 2 3 4 5 6 7 图12-1（b） 仪器结构示意图 1汞灯电源 2汞灯 3滤色片 4光阑 5光电管 6基座 7实验仪 图12-2 仪器前面板示意图 光阑：3片，直径 2mm、4mm、8mm 汞灯：可用谱线365.0nm、404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.0nm 滤色片：5片, 透射波长365.0 nm、404.7 nm、435.8 nm、546.1 nm、577.0nm 光电管：阳极为镍圈，阴极为银-氧-钾（Ag-O-K），光谱响应范围 320 ~ 700nm， 暗电流：I ≤2×10-12A（-2 V≤UAK≤0 V） 光电管电源：2档，－2～0V，－2～＋30V，三位半数显，稳定度≤0.1% 微电流放大器：6档，10-8—10-13A，分辨率10-13A，三位半数显，稳定度≤0.2% ·实验原理 一定频率的光照射到金属表面上，可以使电子从金属表面逸出．1905年爱因斯坦依照普朗克的量子假设，提出了光子的概念．他认为光是一群微粒流；频率为的光子具有能量，为普朗克常量．根据这一理论，当金属中的电子吸收一个频率为的光子时，便获得这光子的全部能量，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功，电子就会从金属中逸出．按照能量守恒原理有： （9-1） 上式称为爱因斯坦方程，其中和是光电子的质量和最大速度，是光电子逸出表面后所具有的最大动能．它说明光子能量小于时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率，称为光电效应的极限频率（又称红限）．不同的金属材料有不同的脱出功，因而也是不同的． 在实验中将采用“减速电势法”进行测量并求出普朗克常量．实验原理如图12-3所示． 图12-4 光电流与外加电压的关系 不同频率时光电管的伏安特性曲线 同一频率,不同光强时光电管的伏安特性曲线 ?1 ?2 I1 I2 图12-3 普朗克常量测定原理图 当单色光入射到光电管的阴极K上时，如有光电子逸出，则当阳极A接正极，K接负极时，光电子就被加速；而当K加正电势，A加负电势时，光电子就被减速．当A、K之间所加电压（）足够大时，光电流达到饱和值，当，并满足方程： (9-2) 时，光电流将为零，此时的称为遏止电压．光电流与所加电压的关系如图12-4所示．将（9-2）式代入（9-1）式可得： (9-3) 它表示与间存在线性关系，其斜率等于/，因而可以从对与的数据分析中求出普朗克常量． 实验时测不出，测得的是与导线和阴极间的正向接触电势之差，即，将此式代入（9-3）式，可得： （9-4） 由于是不随而变的常量，所以与间也是线性关系，如图12-5所示． 图12-5 -曲线图 测量不同频率光的值，可求得此线性关系的斜率，由于 所以 （9-5） 即从测得的数据求出斜率，乘以电子电荷（=1.602×10-19C）就可求出普朗克常