文档介绍：光电效应法测普朗克常数2
光电效应法测普朗克常数
1905年，年仅26岁的爱因斯坦提出光量子假说，发表了在物理学发展史上具有里程碑意义的光电效应理论，10年后被具有非凡才能的物理学家密立根用光辉的实验证实了。两位物理大师之间微妙移到U’a点。因此测出U’a点即测出了理论值Ua。本实验方法采用的就是此方法。
【实验仪器】
普朗克常量测定仪一套。
1、仪器的构成
如图4所示，各器件安装在一个700×290×80mm的底座上，在箱体内部有AC220V/DC12V开关和±5V电源。
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1 卤钨灯箱 2 聚光器 3 单色仪 4 光电管盒 5 零点调节 6 电压调节
7 电流倍率开关 8 正负转换开关 9 微安表 10 测量开关 11 电源开关
12 直流电压表 13 波长调节 14 聚光器横向调节另有遮光板2个
图4普朗克常量实验装置
2、仪器的工作原理
图3表示实验装置的光电原理。卤钨灯S发出的光束经透镜组L会聚到单色仪M的入射狭缝上，从单色仪出射狭缝发出的单色光投射到光电管PT的阴极金属板K，释放光电子（发生光电效应），A是集电极（阳极）。由光电子形成的光电流经放大器AM放大后可以被微安表测量。如果在AK之间施加反向电压（集电极为负电位），光电子就会受到电场的阻挡作用，当反向电压足够大时，达到V0，光电流降到零，V0就称作遏止电位。V0与电子电荷的乘积表示发射的最快的电子动能Kmax，即
（4）
S：卤钨灯；L：透镜；M：单色仪；G：光栅；PT：光电管；AM：放大器
图5 普朗克常量实验装置光电原理
按爱因斯坦的解释，频率为的光束中的能量是一份一份地传递的，每个光子的能量
（5）
其中的h就是普朗克常量。他把光子概念应用于光电效应，又得出爱因斯坦方程
（6）
并做出解释：光子带着能量hv进入表面，这能量的一部分（E0）用于迫使电子挣脱金属表面的束缚，其余（hv－E0）给予电子，成为逸出金属表面后所具有的动能。
将式（4）代入式（6），并加以整理，即有
（7）
这表明V0与之间存在线性关系，实验曲线的斜率应当是。是常量。因此，只要用几种频率的单色光分别照射光电阴极，做出几条相应的伏安特性曲线，然后据以确定各频率的截止电位，再作关系曲线，用其斜率乘以电子基本电荷e，即可求得普朗克常量。
应当指出，本实验获得的光电流曲线，并非单纯的阴极光电流曲线，其中不可避免地会受到暗电流和阳极发射光电子等非理想因素的影响，产生合成效果。
如图3所示，实测曲线光电流为零处（A点）阴极光电流并未被遏止，此处电位也就不是遏止电位，当加大负压，伏安特性曲线接近饱和区段的B点时，阴极光电流才为零，该点对应的电位正是外加遏止电位。实验的关键是准确地找出各选定频率入射光的遏止电位。
【实验方法与步骤】
1、光源调节
接通卤钨灯电源，松开聚光器紧定螺丝，伸缩聚光镜筒，并适当转动横向调节纽，使光束会聚到单色仪的入射狭缝上（以电流表指示最大为准，×10-4档、500nm可达50μA以上）。
2、单色仪的调节
（1）将光电管前的挡光板置于挡光位置。转动波长读数鼓轮（螺旋测微器），观察通过出射缝到达挡光板的从红到紫的各种单色光斑，直到波长读数鼓轮转到零位置，挡光板上出现白光。可能发生的零位偏差，实验读数中应予以修正。

图7 单色仪的读数装置
（2）单色仪输出的波长示值是利用螺旋测微器读取的。如图7所示，读数装置的小管上有一条横线，横线上下刻度的间隔对应着50 nm的波长。鼓轮左端的圆锥台周围均匀地划分成50个小格，每小格对应1 nm。当鼓轮的边缘与小管上的“0”刻线重合时，单色仪输出的是零级光谱。而当鼓轮边缘与小管上的“5”刻线重合时，波长示值为500 nm。
图5
（3）通电预热20-30min后，调节测量放大器的零点位置。先将电压表调至0V，再将单色仪前的挡光板置于挡光位置，光电管的遮光罩要向左推到头，然后调节零点微调旋钮，使电流表指向零位。
3、测量光电管的伏安特性
（1）在可见光范