光电效应测两普朗克常量实验报告(附实验数据与分析)

实验目的：了解光电效应的基本规律，并用光电效应的方法测量普朗克常量，并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：在光电效应中，光显示出粒子性质，它的一部分能量被物体表面电子吸收后，电子逸出形成光电子，若使该过程发生于一闭合回路中，则产生光电流。

实验原理图：

图一：原理图

光电流随加速电压差U的增加而增加，其大小与光强成正比，并且有一个遏止电位差Ua存在（此时光电流I=0）。当U=Ua时，光电子恰不能到达A，由功能关系：

而每一个光子的能量，同时考虑到电子的逸出功A，由能量守恒可以知道：

这就是爱因斯坦光电效应方程。

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：

 其中光的频率应大于红限，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577滤色片，在光源窗口分别装上透光率为25%、50%、75%的遮光片以及0、100%两种情况，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。

数据处理和误差分析：

本实验中测量的原始数据如下：

表一：365nm光下电压和光电流

根据以上表一至表五的数据，可分别作出各种不同波长（频率）光下，光电管的V-I特性曲线：

图二：365nm光下光电管的伏安特性曲线

图三：405nm光下光电管的伏安特性曲线

图四：436nm光下光电管的伏安特性曲线

图五：546nm光下光电管的伏安特性曲线

图六：577nm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：

Ua-γ关系图

普朗克常量

h=ek=1.602×10-19×2.772×10×10-15 =4.440×10-34

截止频率γ=4.4×1014Hz

误差分析：本实验最后处理数据得到的误差非常大，大约1/3。由于本实验的仪器不精确及人的读数误差，及实验本身原理导致的误差及当时实验环境影响。因此实验存在较大误差。也不能完全说是实验失败了。

对于表六中关于光电流和光强度的关系，可以作出下图：

图八：光饱和电流和光强度的关系 

从上图可以看出，在误差范围内，光饱和电流和光强度成正比例关系，不做定量计算。