⑴ 简述用光电效应测量普朗克常数的实验原理
这个实验一般是用光电管来完成的,原理是根据光电效应方程:hv=Ekm+W,式中v是照射到阴极材料的入射光频率,Ekm是逸出的光电子最大初动能,W是阴极材料的逸出功。
在实验中,只要把多种不同的入射光频率v和对应光电子最大初动能Ekm测量出来 ,作出Ekm——v图像,可得到一条直线,直线的斜率就是普朗克常数h。
最大初动能的测量:在光电管两端加上反向电压,从0开始慢慢增大反向电压的数值,当光电流刚好为零时,记下反向电压的数值U反,则光电子的最大初动能 Ekm=e*U反,e是电子电量。
⑵ 如何由光电效应测量普朗克常数
如何由光电效应测量普朗克常数
具体的实验器材 汞灯 镜子 测量光电效应的仪器(电流计漏枝)等
我所知道的有两种
一种是用不同透光强度的滤光镜以得到不同光强
一种是通过换不同透光镜得到不同波长的光
关键在于找到临界波长,再利用爱因斯坦光电方程以及动量与波长关系求出h
注意实际操作时要利用补偿法将误差电流消掉
否则电流计测得的数值将出现大误差
hf=W+1/2mv^2
f为光子的频率,
W为电子在该金属的逸则册出功,
1/2mv^2为电子逸出后的最大初动能,
可求出普孙搜宏朗克常数h
以上仅供参考
⑶ 光电效应及普朗克常量的测量实验现象
光电效应实验及其光量子理论的解释在量子理论的确立与发展上,在解释光的波粒二象性等方面都具有划时代的深远意义。利用光电效应制成的光电器件(如:光电管、光电池、光电倍增管等)在科学技术中得到广泛的哪乎应用,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】
1、了解光电效应基本规律;
2、用光电效应方法测量普朗克常量;
3、测定光电管的光电特性曲线。
【实验仪器】
【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,李银悉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5-26-2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,由于阳极与阴极之间是断搏培路,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5-26-3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,饱和电流与光强成正比,而与入射光的频率无关。实验指出,有一个遏止电位差存在,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光频率之间的关系
实验证明:光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只与入射光频率有关。
3、光电效应有红限频率存在
不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应.
实验时,应根据光电管的U~I曲线的特点来选择交点法或拐点法。本实验采用的光电管,其阴极电流上升很快,反向电流较小,故采用“交点法”确定截止电压。
【实验内容与步骤】
1、测试前的准备
(1)用遮光盖挡住汞灯光源出光口,将测试仪及汞灯电源接通,预热20分钟,使其处于稳定工作状态。
(2)调节实验仪板面“电流调零”旋钮,使其显示“000.0”。每换一次量程,必须重新调零。
(3)用屏蔽电缆线将微电流输入端与K连接、电压输出端与光电管暗箱A及接地连接。
2、测量光电管的伏安特性曲线。
(1)将实验仪“电压选择”键置于“-2V~+30V”状态,将“电流量程选择”开关置于“”档。
(2)将测定仪电流输入电缆断开,调节实验仪“电流调零”旋钮,使电流显示“00.0A”,重新接上电流输入电缆线。
(3)将光阑及365.0nm的滤色片装在光电管暗盒的光输入口上,撤掉光源出光口的遮光盖。注意在此过程中必须用挡片遮一下汞灯,否则容易击穿光电效应仪。从低到高缓慢调节“-2V~+30V”电压微调旋钮,记录电流从零到非零点所对应的电压值作为第一组数据,令电压输出值缓慢由-2伏增加到+30V,-2到0之间每隔0.3V记一个电流值,0到30之间每隔2V记一个电流值。将数据记录于表5-26-1中。在伏安特性曲线转弯处应多测几组数据,以便作图。
(4)依次换上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的滤色片,重复步骤(1)、(2)、(3)。
3、测量普朗克常数
(1)将实验仪“电压选择”键置于“–2 V~+2V”档,将“电流量程选择”开关置于“”档。将测试仪电流输入电缆断开,调零后重新接上。
(2)将光阑及365.0nm的滤色片装在光电管暗盒的光输入口上,撤掉光源出光口的遮光盖。注意在此过程中必须用挡片遮一下汞灯,否则容易击穿光电效应仪。
(3)从高到低调节“–2 V~+2V”微调旋钮,用“交点法”测量该波长对应的截止电压,并将数据记录于表5-26-2中。
(4)依次换上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的滤色片,重复步骤(1)、(2)、(3)。
⑷ 光电效应测普朗克常数方法研究
用光电效应测普朗克常数
<大学物理实验>课本P280
[实验目的]
1、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;
2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法;
3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法,并用以测定普朗克常数。
[实验仪器]
GD-4型智能光电效应(普朗克常数)实验仪(由光电检测装置和实验仪主机两部分组成)
光电检测装置包括:光电管暗箱GDX-1,高压汞灯箱GDX-2;高压汞灯电源GDX-3和实验基准平台GDX-4。
实验主机为:GD-4型光电效应(普朗克常数)实验仪,该仪器包含有微电流放大器和扫描电压源发生器两部分组成的整体仪器。
[实验原理]
1、普朗克常数的测定
根据爱因斯坦的光电效应方程:
(1)
(其中: 是电子的动能, 是光子的能量, 是光的频率, 是逸出功, 是普朗克常量。)
是材料本身的属性,所以对于同一种材料 是一样的。当光子的能量 时不能产生光电子,配携即存在一个产生光电效应的截止频率 ( )
实验中:将 和 间加上反向电压 ( 接负极),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。当 时,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。即
(2)
这时的反向电压叫截止电压。入射光频率不同时,截止电压也不同。将(2)式代入(1)式,得
(3)
(其中 )式中 都是常量,对同一光电管 也是常量,实验中测量不同频率下的 ,做出 曲线。在(3)式得到满足的条件下,这是一条直线。
若电子电荷 ,由斜率 可以求出普朗克常数 。由直线上的截距可以求出溢出功 ,由直线在 轴上的截距可以求出截止频率 。如图(2)所示。
2、测量光电管的伏安特性曲线
在照射光的强度一定的情况下,光电管中的电流 与光电管两端的电压 之间存在着一定的关系。
理想曲线与实验曲线有所不同,原因有:
①、光电管的阴极采用逸出电势低的材料制成,这种材料即使在高真空中也有易氧化的趋向,使阴极表面各处的逸出电势不尽相等,同时,逸出具有最大动能的光电子数目大为减少。随着反向电压的增高,光电流不是陡然截止,而是较快降低后平缓的趋近零点。
②、阳极是用逸出电势较高的铂钨等材料做成,本来只有用远紫外线照射才能逸出光电子,因为施加在光电管上的外电场对于这些光电子来说正是一个加速电场,使得发射的光电子由阳极飞向阴极,构成反向电流。
③暗合中的光电管即使没有用光照射,在外加电压下也会有微弱的电流流通,称做暗电流,其主要原因是极间绝缘电阻漏电(包括管座以及玻璃壳内外表面的漏电)、阴极在常温下的热电子辐射等。暗电流与外加电压基本成线性关系。
[实验内容]
1、将仪器的连线接好;
2、经老师确认后,接通电源预热仪器20分钟;
3、熟悉仪器,进行一些简单的操作,并将仪器调零;
4、普朗克常数的测定
选定某一光阑孔径为 的光阑(记录其数值),在不改变光源与光电管之间的距离 的情况下,选用不同滤色片(分别有 为 , , , , ),调节光电管两端的电压 ,使得光电管中的电流为0,将此时光电管两端的电压表示为 (称为截止电压),将其记录下来;
5、测量光电管的伏安特性曲线
观察5条谱线在同一光阑孔径为 (记录其数值),在不改变光源与光电管之间的距离 (记录其数值)的情况下,改变光电管两端的电压 (范围在 ),记录电压 和对应的光电流 。
6、逗扰验证饱和电流与入射光强度成正比:
确定入射光波长 (记录其数值)、光源与光电管之间的距离 (记录其数值)以及光电管两端的电压 (一般为50V,这时认为光电管中的电流已达到最大值,即为饱和电流 ),改变光阑孔径 (分别为: , , ),记录对应的饱和光电流 ;
7、整理实验仪器
结束实验时,要将实验仪器按原样摆放好;
[数据的测量与处理]
1、普朗克常数的测定
表一、 关系光阑孔
入射光波长
365.0 404.7 435.8 546.1 577.0
对应频率
8.214 7.408 6.879 5.490 5.196
截止电压
要求:根据表一的实验数据(用最小二乘山卖旦法处理),得出 直线的斜率 ,即可用 求出普朗克常数,并用普朗克常数的公认值 比较实验相对误差 ,式中 , 。
2、测光电管的伏安特性曲线:
表二、 ,
要求:在坐标纸上绘出 关系曲线,并描述其特点。
3、验证饱和电流与入射光强度成正比:
表三、 ( 为光的强度)关系 , ,
光阑孔
2 4 8
要求:作图分析实验数据(提示: 与 成正比例)
[实验总结和误差分析]
⑸ 测量普朗克常数有什么方法
通过光电效应实验,验证爱因斯坦方程,并测定普朗克常量.
1准备
点燃汞灯预热.
用专用电缆将微电流放大器的输入端与光电管输出端连接好,将光电管的加速电压输入端和放大器的加速电压输出端也连接好,接通电源,使放大器充分预热(一般为20min左右).
2调整
(1) 将测量范围旋钮调到“短路”,除去遮光孔罩,打开暗箱的观察窗,调整光源及物镜位置,使汞灯清晰地成像在光电管阳极圈中央部位,然后将遮光盖盖好.
(2) 先将功能键拨至“A”,旋转“调零”旋钮使放大器短路电流显示为“0.00”,再将“测量范围”旋钮转至“满度”,旋转“满度”旋钮使电流值显示为“100.00”.然后将“测量范围”旋钮转至所需测量档,再用调零电位器调整为“0.00”.
3 测定光电管暗电流特性曲线
将电表功能键拨至“2V”档,转动电压调节旋钮,使电表显示为-2V,将电表功能键拨至“A”,转动“测量范围”旋钮至10-12档,这时数字表显示出该电压下的暗电流值.按上述方法从-2V至0V之间每隔0.2V测量,并将相对应的电压和电流值作暗电流特性曲线.
4 确定截止电压-U0′
(1) 除去遮光汪早孔盖,装上波长为404.7nm的滤光片,从-2V开始,转动“加速电压”调节旋钮,按步困悉雀骤3的方法每隔0.1V记一次相对应的电压和电流值,作出光电流特性曲线(在特性曲线的转弯处,可每隔0.05V记一次数据),找出光电流特性曲线与暗电流特性曲线的交点-U0′,即为波长404.7nm时的截止电压.
(2) 按以上方法分别测得波长为435.8nm、546.1nm、577.0nm时的光电流特性曲线,并求得相应的截止电压-U0′.
5 计算普朗克常量h
利用上面所得的数据,根据直线拟合(线性回归)的方法或图解法求出拟合直线的斜率b和普朗克常量h.最后作I-U特性曲线.
注 意 事 项
(1) 应注意不使光照在光电管阳极上.
(2) 测试时,如遇环境湿度大,应将光电管和微电流放大器进行干燥处理,以减少漏电流的影响.
(3) 测定截止电压时,电压的调节应平稳、缓慢,并以光电流为零时反向电压的最小值为该波长的截止电压.如果所用光电管暗电流的测定值均很小,即暗电流可视为零,只要在电流档测试时,漫漫调节加速电压,使光电流显示为零,再将功能键拨至“2V”,所显示的电压值即为该单色光照射时的截止电压-U0′.
(4) 平时应将光电管保存在干燥暗箱内,实验时也应尽量减少光陆搏照,实验后用遮光盖将进光孔盖住.
(5) 对精密仪器应注意防震、防尘、防潮.