光电效应测普朗克常量

实验题目：光电效应法测普郎克常数

实验目的：了解光电效应的基本规律，并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线

实验仪器：光电管、滤波片、水银灯、相关电学仪器

实验原理：当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某

些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。

光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。其中S为真空光电管，K为阴极，A为阳极。当无光照射

阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K上时，形成光电流，光电流随加速电位差U变化的伏安特性曲线如图8.2.1-2所示

1、光电流与入射光强度的关系

光电流随加速电位差U的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值

和值IH，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= UA-UK变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差Ua存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。

2、光电子的初动能与入射频率之间的关系

光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由K极向A极

运动。当U=Ua时，光电子不再能达到A极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电 场力作用的功。即

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mveUa 2

根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。

每一光子的能量为hv，其中h为普朗克常量，ν为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量hν之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知

hv

1

mv2A （2） 2

式（2）称为爱因斯坦光电效应方程。

由此可见，光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关

3、光电效应有光电存在

若用频率不同的光分别照射到K 上，将不同的频率代入光电效应方程，任取其中两个就可以解

出 h

e(UiUj)vivj

其中光的频率应大于红限

hA 0 ，否则无电子逸出。根据这个公式，结合图象法或者平均值 法就可以在一定精度范围内测得h 值。

实验中单色光用水银等光源经过单色滤光片选择谱线产生；使用交点法或者拐点法可以确定较

准确的遏止电位差值。

实验内容：1、在光电管入光口装上365nm 的滤色片，电压为-3V，调整光源和光电管之间的距离，直到电

流为-0.3μA，固定此距离，不需再变动；

2、分别测365nm,405nm,436nm,546nm,577nm 的V-I 特性曲线，从-3V 到25V，拐点出测量间 隔尽量小；

3、装上577nm滤色片，在光源窗口分别装上透光率为25%、50%、75%的遮光片，加20V 电压， 测量饱和光电流Im 和照射光强度的关系，作出Im-光强曲线；

4、作Ua-V 关系曲线，计算红限频率和普朗克常量h，与标准值进行比较。

注意事项：a、严禁源直接昭般光窗口，每次换滤色片时，心定要把出光口盖上。

b、严禁用手摸光学镜头表面。 c、小心轻放镜片，不要把镜头摔坏。

原始数据：光波长为365nm时，电流和电压间的关系如下表

光波长为405nm时，电流和电压间的关系如下表

光波长为436nm时，电流和电压间的关系如下表

光波长为577nm时，电流和电压间的关系如下表

数据处理与误差分析：

根据上面五个波长下电压与电流的关系画出伏安特性曲线

图一 365nm 光下光电管的伏安特性曲线

图二 405nm 光下光电管的伏安特性曲线

图三 436nm 光下光电管的伏安特性曲线

图四 546nm 光下光电管的伏安特性曲线

图五 577nm 光下光电管的伏安特性曲线

根据以上五个图，利用拐点法可确定在不同光频率下的遏止电压差值，列表如下：

由此作出频率-遏止电压图，用直线拟合：

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从origin中可以看出，直线斜率为k=0.396,直线在X轴上截距为x0=4.59×10Hz 由公式

ν / 1014 Hz

h

k，算得h(6.341034)Js e

由公式h0A，算得A(2.911019)J 普朗克常量误差为4.31%

对于光电流和光强度的关系，可以作出下图

由图表可得，在误差许可范围内，光饱和电流和光强度成正比。

本实验产生误差的原因有：

1、电学仪器示数不稳定造成读数误差；

2、读数过程中对拐点的判断和作图均有误差； 3、存在阳极光电效应引起的反向电流。

最终结论：普朗克常量为 逸出功为 红限为 h(6.341034)Js A(2.9110

19

)J

0(4.591014)Hz

