利用真空光电管及光电效应方法测量普朗克常量和测定真空光电管的光电特性曲线

利用真空光电管及光电效应方法测量普朗克常量和测定真空光电管的光电特性曲线
利用真空光电管及光电效应方法测量普朗克常量和测定真空光电管的光电特性曲线

利用真空光电管及光电效应方法测量普朗克常量和测定真空光电管的光电特性曲线
一 、光电效应法测普朗克常量
二\ 测定光电管的伏安特性曲线
三、验证光电管饱和电流与入射光强（阴极表面照度）的关系
详细一、
实验目的：
了解光电效应的基本规律,并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线.
实验原理：
1．光电效应实验原理如右图所示.其中S为 真空光电管,K为阴极,A为阳极.
2．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,光电流达到饱和值和值IH,饱和电流与光强成正比,而与入射光的频率无关.当U= UA-UK变成负值时,光电流迅速减小.实验指出,有一个遏止电位差Ua存在,当电位差达到这个值时,光电流为零.
3． 光电子的初动能与入射频率之间的关系
由爱因斯坦光电效应方程 可见：光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系,而与入射光的强度无关.
4． 光电效应有光电阈存在
实验指出,当光的频率 时,不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应,根据爱因斯坦光电效应方程可知： ,ν0称为红限.
爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：

实验仪器：
光电管、单色仪（或滤波片）、水银灯、检流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等,接线电路如右图所示.
实验内容：
1． 在365nm、405nm、436nm、546nm、577nm五种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线,并根据此曲线确定遏止电位差值,计算普朗克常量h.
2． 作 的关系曲线,用一元线形回归法计算光电管阴极材料的红限频率、逸出功及h值,并与公认值比较.
3． 在波长为577nm的单色光,电压为20V的情况下,分别在透光率为25%、50%、75%时的电流,进而研究饱和光电流与照射光强度的关系
原始数据：
1．波长为365nm:
电压/V -3.00 -1.80 -1.45 -1.40 -1.20 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20
电流/
-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.2 0.7 1.3 1.9 2.8 3.7
电压/V 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80
电流/
4.5 5.4 6.3 6.8 7.5 7.9 8.2 8.6 9.1 9.3
电压/V 2.00 2.50 3.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
电流/
9.5 10.2 10.5 12.0 13.0 13.9 14.2 14.5
2. 波长为405nm:
电压/V -3.00 -1.40 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40
电流/
-0.2 -0.1 0.0 0.2 0.7 1.4 2.2 3.0 3.8 4.4
电压/V 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.50 3.00
电流/
4.8 5.3 5.6 5.9 6.2 6.4 6.6 6.8 7.1 7.3
电压/V 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
电流/
8.1 8.7 9.0 9.2 9.3
3. 波长为436nm:
电压/V -3.00 -2.50 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40
电流/
-0.2 -0.1 0.0 0.0 0.3 0.9 1.5 2.3 3.2 3.7
电压/V 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.50 3.00
电流/
4.1 4.5 4.8 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.4
电压/V 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
电流/
7.1 7.6 7.7 7.9 7.9
4. 波长为546nm:
电压/V -3.00 -1.20 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60
电流/
-0.1 0.0 0.0 0.1 0.6 1.3 1.9 2.3 2.6
电压/V 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.50 3.00
电流/
2.8 3.0 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.8 4.0
电压/V 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
电流/
4.3 4.5 4.6 4.7 4.7
5. 波长为577nm:
电压/V -3.00 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60
电流/
0.0 0.0 0.1 0.3 0.6 0.8 1.0 1.1
电压/V 0.80 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 5.00 10.00
电流/
1.2 1.2 1.3 1.4 1.4 1.4 1.5 1.5
电压/V 15.00 20.00 25.00
电流/
1.5 1.5 1.6
6. 波长为577nm,电压为20V:
透光率 25% 50% 75%
电流/
0.4 0.9 1.2
数据处理:
一 . 做出五个U-I曲线:
1．波长为365nm(频率为8.22 )时：其中所找点为的横坐标为—1.425

2．波长为405nm(频率为7.41 )时：其中所找点的坐标为-0.995
3．波长为436nm(频率为6.88 )时：其中所找点的坐标为-0.935

4.波长为546nm(频率为5.49 )时：其中所找点的坐标为-0.886

5.波长为577nm(频率为5.20 )时：

二.
1.由上述五个U-I曲线图,可以得出相应波长对应的遏止电位差为:
波长/nm 频率/ Hz
颜色 遏止电位差/v
365 8.22 近紫外 -1.425
405 7.41 紫 -0.995
436 6.88 蓝 -0.935
547 5.49 绿 -0.886
577 5.20 黄 无法读出
2.由以上数据作出线性回归直线:

Linear Regression for Data1_B:
Y = A B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------
A -0.17355 0.61919
B 0.17626 0.08758
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------
0.8182 0.17408 4 0.1818
------------------------------------------------------------
3.由上面线性拟合可得:
普朗克常量为
红限为
三. 饱和光电流和光强的关系（λ=577nm,U=20V）

Linear Regression for Data1_B:
Y = A B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------
A 0.1 0.09487
B 0.0144 0.00139
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------
0.99087 0.07746 4 0.00913
得出结论:
1. 实验测得的普朗克常量为 ;单位?
2. 实验测得的红限为 ;
3. 饱和光电流和光强基本上成线性关系;
误差分析:
实验结果中的误差是很大的.经分析,出现误差的最主要原因应该是遏止电位差测量的不精确.. 由于存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流（即无光照射时的电流）,所以测得的电流值,实际上包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分,所以伏安曲线并不与U轴相切,进而使得遏止电位差的判断较为困难.因此,实验的成败取决于电位差是否精确.为了减小实验的误差, 确定遏止电位差值,本实验中采取了交点法测量遏止电位差,但是实验的结果中的误差仍然很大,因此要在实验的同时注意以下一些注意事项以尽量减小误差.
注意事项:
1.严禁光源直接照射光电窗口,每次换滤光片时,必定要把出光口盖上;
2.严禁用手摸光学镜头表面;
3.小心轻放,不要把镜头摔坏；
4．测量中要注意抗外界电磁干扰,并避免光直接照射阳极和防止杂散光干扰.