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普朗克常數的測定實驗儀器怎麼使用

發布時間:2023-04-06 20:08:23

⑴ 簡述用光電效應測量普朗克常數的實驗原理

這個實驗一般是用光電管來完成的,原理是根據光電效應方程:hv=Ekm+W,式中v是照射到陰極材料的入射光頻率,Ekm是逸出的光電子最大初動能,W是陰極材料的逸出功。
在實驗中,只要把多種不同的入射光頻率v和對應光電子最大初動能Ekm測量出來 ,作出Ekm——v圖像,可得到一條直線,直線的斜率就是普朗克常數h。
最大初動能的測量:在光電管兩端加上反向電壓,從0開始慢慢增大反向電壓的數值,當光電流剛好為零時,記下反向電壓的數值U反,則光電子的最大初動能 Ekm=e*U反,e是電子電量。

⑵ 如何由光電效應測量普朗克常數

如何由光電效應測量普朗克常數
具體的實驗器材 汞燈 鏡子 測量光電效應的儀器(電流計漏枝)等
我所知道的有兩種
一種是用不同透光強度的濾光鏡以得到不同光強
一種是通過換不同透光鏡得到不同波長的光
關鍵在於找到臨界波長,再利用愛因斯坦光電方程以及動量與波長關系求出h
注意實際操作時要利用補償法將誤差電流消掉
否則電流計測得的數值將出現大誤差
hf=W+1/2mv^2
f為光子的頻率,
W為電子在該金屬的逸則冊出功,
1/2mv^2為電子逸出後的最大初動能,
可求出普孫搜宏朗克常數h
以上僅供參考

⑶ 光電效應及普朗克常量的測量實驗現象

光電效應實驗及其光量子理論的解釋在量子理論的確立與發展上,在解釋光的波粒二象性等方面都具有劃時代的深遠意義。利用光電效應製成的光電器件(如:光電管、光電池、光電倍增管等)在科學技術中得到廣泛的哪乎應用,並且至今還在不斷開辟新的應用領域,具有廣闊的應用前景。
【實驗目的】

1、了解光電效應基本規律;

2、用光電效應方法測量普朗克常量;

3、測定光電管的光電特性曲線。

【實驗儀器】

【實驗原理】

當光照在物體上時,光的能量僅部分地以熱的形式被物體吸收,而另一部分則轉換為物體中某些電子的能量,使電子逸出物體表面,李銀悉這種現象稱為光電效應,逸出的電子稱為光電子。在光電效應中,光顯示出它的粒子性質,所以這種現象對認識光的本性,具有極其重要的意義。

光電效應實驗原理如圖5-26-2所示。其中S為真空光電管,K為陰極,A為陽極。當無光照射陰極時,由於陽極與陰極之間是斷搏培路,所以檢流計G中無電流流過,當用一波長比較短的

單色光照射到陰極K上時,形成光電流,光電流隨加速電位差U變化的伏安特性曲線如圖5-26-3所示。

1、 光電流與入射光強度的關系

光電流隨加速電位差U的增加而增加,加速電位差增加到一定量值後,光電流達到飽和值,飽和電流與光強成正比,而與入射光的頻率無關。實驗指出,有一個遏止電位差存在,當電位差達到這個值時,光電流為零。

2、光電子的初動能與入射光頻率之間的關系

實驗證明:光電子的最大初動能與入射光的強度無關,只與入射光頻率有關。

3、光電效應有紅限頻率存在

不論用多強的光照射到物質都不會產生光電效應.

實驗時,應根據光電管的U~I曲線的特點來選擇交點法或拐點法。本實驗採用的光電管,其陰極電流上升很快,反向電流較小,故採用「交點法」確定截止電壓。

【實驗內容與步驟】

1、測試前的准備

(1)用遮光蓋擋住汞燈光源出光口,將測試儀及汞燈電源接通,預熱20分鍾,使其處於穩定工作狀態。

(2)調節實驗儀板面「電流調零」旋鈕,使其顯示「000.0」。每換一次量程,必須重新調零。

(3)用屏蔽電纜線將微電流輸入端與K連接、電壓輸出端與光電管暗箱A及接地連接。

2、測量光電管的伏安特性曲線。

(1)將實驗儀「電壓選擇」鍵置於「-2V~+30V」狀態,將「電流量程選擇」開關置於「」檔。

(2)將測定儀電流輸入電纜斷開,調節實驗儀「電流調零」旋鈕,使電流顯示「00.0A」,重新接上電流輸入電纜線。

(3)將光闌及365.0nm的濾色片裝在光電管暗盒的光輸入口上,撤掉光源出光口的遮光蓋。注意在此過程中必須用擋片遮一下汞燈,否則容易擊穿光電效應儀。從低到高緩慢調節「-2V~+30V」電壓微調旋鈕,記錄電流從零到非零點所對應的電壓值作為第一組數據,令電壓輸出值緩慢由-2伏增加到+30V,-2到0之間每隔0.3V記一個電流值,0到30之間每隔2V記一個電流值。將數據記錄於表5-26-1中。在伏安特性曲線轉彎處應多測幾組數據,以便作圖。

(4)依次換上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的濾色片,重復步驟(1)、(2)、(3)。

3、測量普朗克常數

(1)將實驗儀「電壓選擇」鍵置於「–2 V~+2V」檔,將「電流量程選擇」開關置於「」檔。將測試儀電流輸入電纜斷開,調零後重新接上。

(2)將光闌及365.0nm的濾色片裝在光電管暗盒的光輸入口上,撤掉光源出光口的遮光蓋。注意在此過程中必須用擋片遮一下汞燈,否則容易擊穿光電效應儀。

(3)從高到低調節「–2 V~+2V」微調旋鈕,用「交點法」測量該波長對應的截止電壓,並將數據記錄於表5-26-2中。

(4)依次換上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的濾色片,重復步驟(1)、(2)、(3)。

⑷ 光電效應測普朗克常數方法研究

用光電效應測普朗克常數
<大學物理實驗>課本P280
[實驗目的]
1、通過實驗深刻理解愛因斯坦的光電效應理論,了解光電效應的基本規律;
2、掌握用光電管進行光電效應研究的方法;
3、學習對光電管伏安特性曲線的處理方法,並用以測定普朗克常數。
[實驗儀器]
GD-4型智能光電效應(普朗克常數)實驗儀(由光電檢測裝置和實驗儀主機兩部分組成)
光電檢測裝置包括:光電管暗箱GDX-1,高壓汞燈箱GDX-2;高壓汞燈電源GDX-3和實驗基準平台GDX-4。
實驗主機為:GD-4型光電效應(普朗克常數)實驗儀,該儀器包含有微電流放大器和掃描電壓源發生器兩部分組成的整體儀器。
[實驗原理]
1、普朗克常數的測定
根據愛因斯坦的光電效應方程:
(1)
(其中: 是電子的動能, 是光子的能量, 是光的頻率, 是逸出功, 是普朗克常量。)
是材料本身的屬性,所以對於同一種材料 是一樣的。當光子的能量 時不能產生光電子,配攜即存在一個產生光電效應的截止頻率 ( )
實驗中:將 和 間加上反向電壓 ( 接負極),它對光電子運動起減速作用.隨著反向電壓 的增加,到達陽極的光電子的數目相應減少,光電流減小。當 時,光電流降為零,此時光電子的初動能全部用於克服反向電場的作用。即
(2)
這時的反向電壓叫截止電壓。入射光頻率不同時,截止電壓也不同。將(2)式代入(1)式,得
(3)
(其中 )式中 都是常量,對同一光電管 也是常量,實驗中測量不同頻率下的 ,做出 曲線。在(3)式得到滿足的條件下,這是一條直線。
若電子電荷 ,由斜率 可以求出普朗克常數 。由直線上的截距可以求出溢出功 ,由直線在 軸上的截距可以求出截止頻率 。如圖(2)所示。
2、測量光電管的伏安特性曲線
在照射光的強度一定的情況下,光電管中的電流 與光電管兩端的電壓 之間存在著一定的關系。
理想曲線與實驗曲線有所不同,原因有:
①、光電管的陰極採用逸出電勢低的材料製成,這種材料即使在高真空中也有易氧化的趨向,使陰極表面各處的逸出電勢不盡相等,同時,逸出具有最大動能的光電子數目大為減少。隨著反向電壓的增高,光電流不是陡然截止,而是較快降低後平緩的趨近零點。
②、陽極是用逸出電勢較高的鉑鎢等材料做成,本來只有用遠紫外線照射才能逸出光電子,因為施加在光電管上的外電場對於這些光電子來說正是一個加速電場,使得發射的光電子由陽極飛向陰極,構成反向電流。
③暗合中的光電管即使沒有用光照射,在外加電壓下也會有微弱的電流流通,稱做暗電流,其主要原因是極間絕緣電阻漏電(包括管座以及玻璃殼內外表面的漏電)、陰極在常溫下的熱電子輻射等。暗電流與外加電壓基本成線性關系。
[實驗內容]
1、將儀器的連線接好;
2、經老師確認後,接通電源預熱儀器20分鍾;
3、熟悉儀器,進行一些簡單的操作,並將儀器調零;
4、普朗克常數的測定
選定某一光闌孔徑為 的光闌(記錄其數值),在不改變光源與光電管之間的距離 的情況下,選用不同濾色片(分別有 為 , , , , ),調節光電管兩端的電壓 ,使得光電管中的電流為0,將此時光電管兩端的電壓表示為 (稱為截止電壓),將其記錄下來;
5、測量光電管的伏安特性曲線
觀察5條譜線在同一光闌孔徑為 (記錄其數值),在不改變光源與光電管之間的距離 (記錄其數值)的情況下,改變光電管兩端的電壓 (范圍在 ),記錄電壓 和對應的光電流 。
6、逗擾驗證飽和電流與入射光強度成正比:
確定入射光波長 (記錄其數值)、光源與光電管之間的距離 (記錄其數值)以及光電管兩端的電壓 (一般為50V,這時認為光電管中的電流已達到最大值,即為飽和電流 ),改變光闌孔徑 (分別為: , , ),記錄對應的飽和光電流 ;
7、整理實驗儀器
結束實驗時,要將實驗儀器按原樣擺放好;

[數據的測量與處理]
1、普朗克常數的測定
表一、 關系光闌孔
入射光波長
365.0 404.7 435.8 546.1 577.0
對應頻率
8.214 7.408 6.879 5.490 5.196
截止電壓

要求:根據表一的實驗數據(用最小二乘山賣旦法處理),得出 直線的斜率 ,即可用 求出普朗克常數,並用普朗克常數的公認值 比較實驗相對誤差 ,式中 , 。
2、測光電管的伏安特性曲線:
表二、 ,

要求:在坐標紙上繪出 關系曲線,並描述其特點。

3、驗證飽和電流與入射光強度成正比:
表三、 ( 為光的強度)關系 , ,
光闌孔
2 4 8

要求:作圖分析實驗數據(提示: 與 成正比例)
[實驗總結和誤差分析]

⑸ 測量普朗克常數有什麼方法

通過光電效應實驗,驗證愛因斯坦方程,並測定普朗克常量.
1准備
點燃汞燈預熱.
用專用電纜將微電流放大器的輸入端與光電管輸出端連接好,將光電管的加速電壓輸入端和放大器的加速電壓輸出端也連接好,接通電源,使放大器充分預熱(一般為20min左右).
2調整
(1) 將測量范圍旋鈕調到「短路」,除去遮光孔罩,打開暗箱的觀察窗,調整光源及物鏡位置,使汞燈清晰地成像在光電管陽極圈中央部位,然後將遮光蓋蓋好.
(2) 先將功能鍵撥至「A」,旋轉「調零」旋鈕使放大器短路電流顯示為「0.00」,再將「測量范圍」旋鈕轉至「滿度」,旋轉「滿度」旋鈕使電流值顯示為「100.00」.然後將「測量范圍」旋鈕轉至所需測量檔,再用調零電位器調整為「0.00」.
3 測定光電管暗電流特性曲線
將電表功能鍵撥至「2V」檔,轉動電壓調節旋鈕,使電表顯示為-2V,將電表功能鍵撥至「A」,轉動「測量范圍」旋鈕至10-12檔,這時數字表顯示出該電壓下的暗電流值.按上述方法從-2V至0V之間每隔0.2V測量,並將相對應的電壓和電流值作暗電流特性曲線.
4 確定截止電壓-U0′
(1) 除去遮光汪早孔蓋,裝上波長為404.7nm的濾光片,從-2V開始,轉動「加速電壓」調節旋鈕,按步困悉雀驟3的方法每隔0.1V記一次相對應的電壓和電流值,作出光電流特性曲線(在特性曲線的轉彎處,可每隔0.05V記一次數據),找出光電流特性曲線與暗電流特性曲線的交點-U0′,即為波長404.7nm時的截止電壓.
(2) 按以上方法分別測得波長為435.8nm、546.1nm、577.0nm時的光電流特性曲線,並求得相應的截止電壓-U0′.
5 計算普朗克常量h
利用上面所得的數據,根據直線擬合(線性回歸)的方法或圖解法求出擬合直線的斜率b和普朗克常量h.最後作I-U特性曲線.
注 意 事 項
(1) 應注意不使光照在光電管陽極上.
(2) 測試時,如遇環境濕度大,應將光電管和微電流放大器進行乾燥處理,以減少漏電流的影響.
(3) 測定截止電壓時,電壓的調節應平穩、緩慢,並以光電流為零時反向電壓的最小值為該波長的截止電壓.如果所用光電管暗電流的測定值均很小,即暗電流可視為零,只要在電流檔測試時,漫漫調節加速電壓,使光電流顯示為零,再將功能鍵撥至「2V」,所顯示的電壓值即為該單色光照射時的截止電壓-U0′.
(4) 平時應將光電管保存在乾燥暗箱內,實驗時也應盡量減少光陸搏照,實驗後用遮光蓋將進光孔蓋住.
(5) 對精密儀器應注意防震、防塵、防潮.

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