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课程名称： 普通物理实验（２）
实验名称: 光电效应测普朗克常量
学院: 专业班级:
学生姓名: 学号：
实验地点: 座位号:
实验时间:
实验目得:
研究光电管得伏安特性及光电特性。
比较不同频率光强得伏安特性曲线与遏制电压。
了解光电效应得规律,加深对光得量子性得理解。
验证爱因斯坦光电效应方程,并测定普朗克常量ｈ。
实验仪器:
ﻩYGD-1 普朗克常量测定仪(内有７5Ｗ卤钨灯、小型光栅单色仪、光电管和微电流测量放大器、A/Ｄ转换器、物镜一套)
图（１)
1—电流量程调节旋钮及其量程指示； ２—光电管输出微电流指示表;
3—光电管工作电压指示表;ﻩ ﻩ 4—微电流指示表调零旋钮;
5—光电管工作电压调节(粗调）; ﻩ 6—光电管工作电压调节(细调);
7—光电管工作电压转换按钮; ﻩ ８—光电管暗箱；
9—滤色片,光阑（可调节）总成； 10—档光罩;
1１—汞灯电源箱; ﻩﻩﻩ ﻩ １2—汞灯灯箱。
实验原理：
光电效应得实验示意图如图1所示,图中就就是光电管，就就是光电管阴极,为光电管阳极,为微电流计，为电压表，为电源,为滑线变阻器,调节可以得到实验所需要得加速电位差。光电管得、之间可获得从 到再到 连续变化得电压。实验时用得单色光就就是从低压汞灯光谱中用干涉滤色片过滤得到,其波长分别为: 。无光照阴极时,由于阳极和阴极就就是断路得,所以中无电流通过。用光照射阴极时,由于阴极释放出电子而形成阴极光电流(简称阴极电流)。加速电位差越大,阴极电流越大,当增加到一定数值后,阴极电流不 再增大而达到某一饱和值,得大小和照射光得强度成正比(如图2所示)。加速电位差变为负值时,阴极电流会迅速减少，当加速电位差负到一定数值时,阴极电流变为“”,与此对应得电位差称为遏止电位差。这一电位差用来表示。得大小与光得强度无关,而就就是随着照射光得频率得增大而增大(如图３所示)。
1、饱和电流得大小与光得强度成正比。
２、光电子从阴极逸出时具有初动能,其最大值等于她反抗电场力所做得功,
即: ﻩﻩ
因为，所示初动能大小与光得强度无关,只就就是随着频率得增大而增大。得关系可用爱因斯坦方程表示如下：
ﻩﻩ (2)
实验时用不同频率得单色光照射阴极，测出相对应得遏止电位差，然后画出图,由此图得斜率即可以求出。
如果光子得能量时,无论用多强得光照射，都不可能逸出光电子。与此相对应得光得频率则称为阴极得红限,且用来表示。实验时可以从图得截距求得阴极得红限和逸出功。本实验得关键就就是正确确定遏止电位差,画出图。至于在实际测量中如何正确地确定遏止电位差,还必需根据所使用得光电管来决定。下面就专门对如何确定遏止电位差得问题作简要得分析与讨论。
遏止电位差得确定：如果使用得光电管对可见光都比较灵敏,而暗电流也很小。由于阳极包围着阴极,即使加速电位差为负值时,阴极发射得光电子仍能大部分射到阳极。而阳极材料得逸出功又很高,可见光照射时就就是不会发射光电子得，其电流特性曲线如图4所示。图中电流为零时得电位就就就是遏止电位差。然而，由于光电管在制造过程中,工艺上很难保证阳极不被阴极材料所污染(这里污染得含义就就是:阴极表面得低逸出功材料溅射到阳极上）,而且这种污染还会在光电管得使用过程中日趋加重。被污染后得阳极逸出功降低,当从阴极反射过来得散射光照到她时，便会发射出光电子而形成阳极光电流。实验中测得得电流特性曲线，就就是阳极光电流和阴极光电流迭加得结果,如图5得实线所示。由图5可见，
由于阳极得污染，实验时出现了反向电流。特性曲线与横轴交点得电流虽然等于“”,但阴极光电流并不等于“”,交点得电位差也不等于遏止电位差。两者之差由阴极电流上升得快慢和阳极电流得大小所决定。如果阴极电流上升越快，阳极电流越小,与之差也越小。从实际测量得电流曲线上看,正向电流上升越快,反向电流越小,则与之差也越小。
由图我们可以看到,由于电极结构等种种原因,实际上阳极电流往往饱和缓慢,在加速电位差负到 时,阳极电流仍未达到饱和,所以反向电流刚开始饱和得拐点电位差也不等于遏止电位差。两者之差视阳极电流得饱和快慢而异。阳极电流饱和得越快，两者之差越小。若在负电压增至之前阳极电流已经饱和,则拐点电位差就就就是遏止电位差。总而言之,对于不同得光电管应该根据其电流特性曲线得不同采用不同得方法来确定其遏止电位差。假如光电流特性得正向电流上升得很快,反向电流很小,则可以用光电流特性曲线与暗电流特性曲线交点得电位差近似地当作遏止电位差(交点法)。若反向特性曲线得反向电流虽然较大，但其饱和速度很快,则可用反向电流开始饱和时得拐点电位差当作遏止电位差(拐点法）。
实验内容:
ﻩ1、测试前准备:
仪器连接：将测试仪及汞灯电源接通（光电管暗箱调节到遮光位置)，预热分钟。调整光电管与汞灯距离约为并保持不变,用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与测试仪后面板上电压输出连接起来（红对红,黑对黑）。将
“电流量程”选择开关置于合适档位:测量截止电位时调到，做伏安特性则调到(或)。测定仪在开机或改变电流量程后,都需要进行调零。调零时应将装滤色片置于 “0”,旋转调零旋钮使电流指示为。
2、用实验仪测定截止电压、伏安特性：
由于本实验仪器得电流放大器灵敏度高,稳定性好,光电管阳极反向电流、暗电流水平也较低,在测量各谱线得截止电压Ua时,可采用零电流法（即交点法),即直接将各谱线照射下测得得电流为零时对应得电压得绝对值作为截止电压Ua。此法得前提就就是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小,用零电流法测得得截止电压与真实值相差较小;且各谱线得截止电压都相差∆U对Ua-ν曲线得斜率无大得影响,即对得测量不会产生大得影响。
(1)测量截止电压：
工作电压转换按钮于释放状态,电压调节范围就就是:，“电流量程”开关应置于 档。在不接输入信号得状态下对微电流测量装置调零。操作方法就就是: 将暗盒前面得转盘用手轻轻拉出约左右，即脱离定位销,把得光阑标志对准上面得白点,使定位销复位。再把装滤色片得转盘放在挡光位，即指示“”对准上面得白点,在此状态下测量光电管得暗电流。然后把得滤色片转到窗口(通光口),此时把电压表显示得值调节为;打开汞灯遮光盖,电流表显示对应得电流值应为负值。用电压粗调和细调旋钮，逐步升高工作电压(即使负电压绝对值减小),当电压到达某一数值,光电管输出电流为零时,记录对应得工作电压，该电压即为单色光得遏止电位。然后按顺序依次换上得滤色片,重复以上测量步骤。一一记录值。
(2)测光电管得伏安特性曲线:
此时，将工作电压转换按钮按下,电压调节范围转变为：,“电流量程”开关应转换至 档,并重新调零。其余操作步骤与“测量截止电压”类同，不过此时要把每一个工作电压和对应得电流值加以记录,以便画出饱和伏安特性曲线,并对该特性进行研究分析。
① 观察在同一光阑、同一距离条件下5条伏安特性曲线。
记录所测及得数据到表2中，在坐标纸上作对应波长及光强得伏安特性曲线。
② 观察同一距离、不同光阑(不同光通量)、某条谱线在得饱和伏安特性曲线。
测量并记录对同一谱线、同一入射距离,而光阑分别为时对应得电流值于表中,验证光电管得饱和光电流与入射光强成正比。
③ 观察同一光阑下、不同距离（不同光强）、某条谱线在得饱和伏安特性曲线。
在为时，测量并记录对同一谱线、同一光阑时,光电管与入射光在不同距离,如 等对应得电流值于表中,同样可以验证光电管得饱和电流与入射光强成正比。
实验数据及数据分析处理:
ﻩ由表1得实验数据，画出Ua-ν图,求出直线得斜率k,即可用h=e∙k,求出普朗克常数h，把她与公认值h0比较，求出实验结果得相对误差E=(h-h0)h0,式中常数e=×10-19C，h0=×10-34j∙s。
表1:Ua-ν
波长λi/nm
365
405
436
54６
577
频率νi/×1014Hz
8、214
7、4０８
6、8７9
5、４９0
5、1９6
截止电压Uai/V
1、9３2
1、408
1、29８
0、７94
0、６82
拟合后得Ua-ν图
k=×10-14V/Hzﻩ h=e∙k=×10-34J∙s
相对误差E=|h-h0|h0=%
ﻩ表２:伏安特性曲线(Φ２、5７７nm）
UAK/V
－2
0
２
4
6
8
1０
12
14
I/×10-11A
0
3
２0
3５
39
4７
5２
５8
64
UAK/V
1６
１8
２0
２２
2４
26
28
30
I/×10-11A
67
72
78
８０
８４
88
9０
91
拟合后得I-UAK图
思考题:
测定普朗克常量得关键就就是什么?怎样根据光电管得特性曲线选择适宜得测定遏止电动势Ua得方法。
答:
从遏止电动势Ua与入射光得频率ν得关系曲线中,您能确定阳极材料得逸出功吗？
ﻩ答:
本实验存在哪些误差来源?实验中如何解决这些问题?
答：在用光电效应测定普朗克常量得实验中得误差来源主要来自单色光不够严格以及阴极光电流得遏止电势差得确定,而影响阴极光电流遏止电势差确定得主要因素有光电管得阳极光电流和光电流得暗电流。在实验中主要通过分析阳极光电流和暗电流得特点(阳极光电流在反向区域几乎呈饱和状态,而暗电流很小,且电流随电压线性变化,她们均对阴极光电流在Uc显著拐弯得性质无影响),在实验中通过对实际光电流测定，找到曲线拐点得方法来精确地求得Uc得。
ﻩ 单色光得获得尽可能用精度较高得单色仪获得,而不用滤色（片)得方法获得;此外应尽量减小反射到阳极得散射光,适当提高光电管得真空度以及二电极之间得距离,以减小暗电流得大小
原始数据: