(1)暗盒光窗口装365.0nm滤光片和4mm光阑,缓慢调节电压旋钮,令电压输出值缓慢由0V伏增加到30V,每隔1V记一个电流值。但注意在电流值为零处记下截止电压值.
(2)在暗盒光窗口上换上404.7nm滤光片,仍用4mm的光阑,重复步骤(1)。 (3)选择合适的坐标,分别作出两种光阑下的光电管伏安特性曲线U~I 。
六、 实验记录与处理
1、 零电流法测普朗克常量h(光阑Ф=2mm)
波长λ(nm) 频率ν(×10Hz) 截止电压U0(V) 第一次 第二次 第三次 14365 8.214 1.716 1.712 1.700 405 7.408 1.368 1.398 1.390 436 6.879 1.173 1.179 1,165 546 5.490 0.620 0.615 0.618 577 5.196 0.492 0.491 0.485 第一次测量结果及处理:
第二次测量结果及处理:
第三次测量结果及处理:
2、 补偿法测普朗克常量h
波长λ(nm) 频率ν(×10Hz) 截止电压 U014365 8.214 1.724 405 7.408 1.408 436 6.879 1.183 546 5.490 0.624 577 5.196 0.504 (V)
3、 测量光电管的伏安特性曲线(波长λ=436nm 光阑Ф=2mm) U(V) -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
I(×1011A) -0.2 0.4 4.2 11.1 17.8 24.0 26.9 30.1 33.5 37.0 40.8 U(V) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 I(×1011A) 44.3 48.0 51.4 54.9 57.9 60.3 62.5 64.5 66.5 68.3 69.9 U(V) 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 I(×1011A) 71.9 73.7 75.1 76.6 77.8 79.6 81.4 82.5 82.8 83.4 85.2
光电管的伏安特性曲线100I(*10-11A)806040200-5-20051015U(V)20253035系列1
七、 误差计算
由上面图表,零电流法三次测量的结果误差依次为:
E1=-2.93% E2=-1.99% E3=-2.85%
补偿法测量的结果误差为:
E=-2.05%
八、 实验分析讨论
本实验中应用不同的方法都测出了普朗克常数,但都有一定的实验误差,据分析误差产生原因是:
1、暗电流的影响,暗电流是光电管没有受到光照射时,也会产生电流,它是由于热电子发射、和光电管管壳漏电等原因造成; 2、本底电流的影响,本底电流是由于室内的各种漫反射光线射入光电管所致,它们均使光电流不可能降为零 且随电压的变化而变化。
3、光电管制作时产生的影响:(1)、由于制作光电管时,阳极上也往往溅射有阴极材料,所以当入射光射到阳极上或由阴极漫反射到阳极上时,阳极也有光电子发射,当阳极加负电位、阴极加正电位时,对阴极发射的光电子起了减速的作用,而对阳极的电子却起了加速的作用,所以I-U关系曲线就和IKA、UKA曲线图所示。为了精确地确定截止电压US,就必须去掉暗电流和反向电流的影响。以使由I=0时位置来确定截止电压US的大小;制作上的其他误差。 4、实验者自身的影响:(1)从不同频率的伏安特性曲线读到的“抬头电压”(截止电压),不同人读得的不一样,经过处理后的到U s____ v曲线也不一样,测出的数值就不一样;(2)调零时,可能会出现误差,及在测量时恐怕也会使原来调零的系统不再准确。
5、参考值本身就具有一定的精确度,本身就有一定的误差。
6、理论本身就有一定的误差,例如,1963年Ready等人用激光作光电发射实验时,发现了与爱因斯坦方程偏离的奇异光电发射。1968年Teich 和Wolga用GaAs激光器发射的h?=1.48eV的光子照射逸出功为A=2.3eV的钠金属时,发
现光电流与光强的平方成正比。按爱因斯坦方程,光子的频率处于钠的阀频率以下,不会有光电子发射,然而新现象却发生了,不但有光电子发射,而且光电流不是与光强成正比,而是与光强的平方成正比。于是,人们设想光子间进行了“合作”,两个光子同时被电子吸收得以跃过表面能垒,称为双光子光电发射。后来,进一步的实验表明,可以三个、多个、甚至40个光子同时被电子吸收而发射光电子,称为多光子光电发射。人们推断,n光子的光电发射过程的光电流似乎应与光强的n次方成正比。
九、 附录
1.光电效应历史
光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现,对发展量子理论起了根本性作用。
1887年,首先是赫兹(M.Hertz)在证明波动理论实验中首次发现的。当时,赫兹发现,两个锌质小球之一用紫外线照射,则在两个小球之间就非常容易跳过电花。
大约1900年, 马克思?布兰科(Max Planck)对光电效应作出最初解释,并引出了光具有的能量包裹式能量(quantised)这一理论。 他给这一理论归咎成一个等式,也就是 E=hf , E就是光所具有的“包裹式”能量, h是一个常数,统称布兰科常数(Planck's constant), 而f就是光源的频率。 也就是说,光能的强弱是有其频率而决定的。但就是布兰科自己对于光线是包裹式的说法也不太肯定。
1902年,勒纳(Lenard)也对其进行了研究,指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。但无法根据当时的理论加以解释 ; 1905年,爱因斯坦26岁时提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖。他进一步推广了布兰科的理论,并导出公式,Ek=hf-W,W便是所需将电子从金属表面上自由化的能量。而Ek呢就是电子自由后具有的势能。
2.测量普朗克常量h的其他方法
1、 2光电效应法(补偿法、零电流法、拐点法) 2、 X 射线光电效应法 3、 X 射线原子游离法 4、 黑体辐射计算法 5、 电子衍射法
6、 康普顿波长移位法
7、 X 射线连续谱短波限法
8、 电子- 正电子对湮没辐射法
9、 1962 年由约瑟夫森提出的测定2 e/ h 的交流约瑟夫森效应法 10、 由冯·克利青于1980 年发现的量子霍尔效应, 测定h/ e2 的量子霍尔效应法
11、 由英国国家物理实验室的基布尔等人于1990 年采用的直接测定h 的通电动圈法
12、 用磁化率测量普朗克常量(基于测量弱磁物质磁化率的基本原理,
光电效应测普朗克常数-实验报告要点



