如何利用光电效应测普朗克常数的实验步骤是什么？

导读：" 利用光电效应测普朗克常数的实验步骤如下：1.实验准备-准备一个金属表面的光电效应实验装置，包括光源、光电管、电路等。-选择适当的金属作为实验材料，如铜、锌等。2.调节光源-将光源对准光电管的光阑，确保光线的强度和方向稳定。3.测量光电流-通过改变光源"

利用光电效应测普朗克常数的实验步骤如下：

1.实验准备

　　-准备一个金属表面的光电效应实验装置，包括光源、光电管、电路等。

　　-选择适当的金属作为实验材料，如铜、锌等。

2.调节光源

　　-将光源对准光电管的光阑，确保光线的强度和方向稳定。

3.测量光电流

　　-通过改变光源的光强，记录下不同光强下的光电流值。

　　-利用光电流公式I=Ne，其中I为光电流，N为入射光子数，e为元电荷，计算出不同光强下的入射光子数。

4.绘制光电流-光强曲线

　　-将测得的光电流值作为纵坐标，入射光子数作为横坐标，绘制出光电流-光强曲线。

5.确定截止频率

　　-根据光电流-光强曲线，找到一个光强使得光电流为零，该光强对应的频率即为截止频率。

6.计算普朗克常数

　　-利用普朗克公式E=hf，其中E为光子能量，h为普朗克常数，f为光子频率，将截止频率代入公式计算出普朗克常数的近似值。

7.优化实验

　　-可以通过改变光源的光强、使用不同的金属材料等，来优化实验，以提高测量的精确度和可靠性。

8.数据分析

　　-分析实验数据的误差来源，比如光电流的测量误差、光源的不稳定性等，并进行相应的误差处理。

9.结论

　　-根据实验结果得出普朗克常数的近似值，并结合误差分析进行讨论和总结。

10.讨论和改进

　　-分析实验中可能存在的问题和改进的空间，提出进一步改进实验的建议，以提高测量的准确性和可重复性。

光电效应实验可以测量普朗克常量。若用波长分别为577.0nm和435.8nm的...

　　光电效应实验可以测量普朗克常量。

　　使用波长为577.0nm和435.8nm的两种单色光做光电效应实验，可以得到两个不旁蠢同的结果，从而验证普朗克常量的量子运闷陪化效应。

　　具体步骤如下：。

　　1.在光电效应实验中，将一束入射光线照射在一块半导体表面，当入射光线的能量高于某一特定能量阈值时，会产生光电子(光电子)。这些光电子会被吸收并形成电子-空穴对，同时产生光电子发射峰。

　　2.对于不同波长的入射光线，由于它们的波长与电子能级的频率有关系，因此产生的光电子发射峰的位置和强度也会有所不同。这说明了不同波长的电磁辐射能量与电子能级之间存在量子化关系，即它们只能取一定范围内的值，而不能取任意实数值。

　　3.通过测量光电子发射峰的位置和强度，可以确定入射光线的能量阈值。同时，通过比较不同波长下的能量阈值和普朗克常量的数值，可以验证普朗克常量是一个离散的量子化常数，其数值等于能量阈值除以普朗克常量本身。

　　需要注罩山意的是，由于光子发射峰的位置和强度与入射光线的能量阈值有关，因此在使用不同波长的入射光线进行实验时，需要控制它们的相对位置和方向，以避免相互干扰和误差的产生。

光电效应法测定普朗克常量的基本思路

基本思路：

　　1、找出在不同波长的光（我们只用了两种波长的光）照射下的三十组（组数随老师要求）相对应的I、U值，然后在坐标纸上画出不同波长下的I-U图像（图像类似于书上6-4的镇漏形状）。在这里要弯旅散注意就是I值跨度很大，但是那个图像就是要一个大体形状，不必拘泥个别数据。

　　2、然后测出不同波长下的截止电压，并绘制出Us-v图像。这个图像应该是一条直线，还有截止埋氏电压本是负值，要取绝对值。

　　3、数据记录要画至少三个表格（一个记录Us值，另两个记录不同波长下的I、U值）。

　　实验具体操作步骤书上有详细描述。

普朗克常数的测定

课题普朗克常数的测定

　　1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解；

　　教学目的2．利用光电效应测量普朗克常数h；

　　3．学会用最小二乘法处理数据。

　　重难点1．通过作图法找到光电效应的截止电压；

　　2．用实验法作出不同频率下的直线，并求出直线的斜率。

　　教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。

学时3个学时

一、前言

　　量子论是近代物理的基础之一，给予量子论以直观、鲜明物理图像的是光电效应。

　　随着科学技术的发展，光电效应已广泛应用于工农业生产、国防和许多科技领域。

　　普朗克常数是自然界中一个很重要的普适常数，它可以用光电效应法简单而又较准确地求出。

　　所以，进行光电效应实验并通过实验求取普朗克常数有助于我们了解量子物理学的发展及对光的本性认识。

　　目前，普朗克常数的公认值是。

二、实验仪器

　　YGP-2型普朗克常量实验装置（包括汞灯及电源，滤色片，光阑，光电管、智能测试仪构成）。

三、实验原理

　　光电效应消哗的实验原理如图1所示。入射光照射到光电管阴极k上，产生的光电子在电场的作用下向阳极迁移构成光电流，改变外加电压，测量出光电流的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。

光电效应的基本实验事实如下：

　　（1）对应于某一频率，光电效应的关系如图2所示。从图中可见，对一定的频率，有一电压，当时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压，被称为截止电压。

　　（2）后，迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。

　　（3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。

　　（4）作截止电与频率的关系如图4所示。

　　与成正比关系。

　　当入射光频率低于某极限值0（0随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。

　　（5）光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于0，在

　　开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为10-9秒的数量级。

　　按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为的光子具有能量，为普朗克常数。

　　当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。

　　电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯担提出了著名的光电效应方程：。

(1)

　　式中，为金属的逸出功，为光电子获得的初始功能。

由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有差答关系：

　　(2)?阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加时不再虚桥慧变化，光电流出现饱和，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。

　　光子的能量时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频率（截止频率）是。

将（2）式代入（1）式可得：

(3)

　　此式表明截止电压是频率的线性函数，直线斜率，只要用实验方法得出不同的频率对应在的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数。

　　爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。

四、实验内容与步骤

（一）仪器的调整

　　按照说明书对聚光器、单色仪、测量放大器的零点进行调节。

（二）测光电管的伏安特性及测定普朗克常量

　　1．由于单色仪所选用的衍射光栅的闪耀波长是500nm，因此，波长在500nm左右的强度较强，所以建议选择400～500nm之间的任意波长。

　　2．精确校正零极光谱位置。

　　3．将正负转换开关置于“－”，逆时针转动微分筒到选定的波长位置，转动电压调节旋钮，改变光电管遏止电压，从－0.5V起缓慢调高外加直流负压，先注意观察一遍电流变化情况，记住电流开始明显升高的电压值。根据微安表的指示，直到直流负压增加而微安表不增加为止。

　　4．针对各阶段电流变化情况。分别以不同的间隔施加遏止电压，读取对应的电流值。

　　5．陆续选择适当间隔的另外3～4种波长的光进行同样测量。

　　6．列表记录数据，画出伏安特性曲线，并确定截止电压。根据实验原理：截止电压应是实测曲线的斜直线部分与曲线部分的相接处。

五、数据表格及数据处理

1．实测5种波长在不同电压下的光电流数据，如下表(本实验所用光电管只是众多中的一只，因光电管每只的参数不可能完全一致，所以所测数据及数据处理方法仅供参考)：

波长400nm430nm460nm490nm520nm

V(伏)I×10-10V(伏)I×10-10V(伏)I×10-10V(伏)I×10-10V(伏)I×10-10

(一)A(一)

(一)A(一)

(一)A(一)

(一)A(一)

(一)A(一)

13．5041．83．5066．03．5083．83．5095．73．5099．7

23．4041．53．4065．73．4083．63．4095．43．4099．5

33．3041．23．3065．53．3083．43．3095．23．3099．3

43．2041．03．2065．33．2083．23．2095．03．2099．2

53．1040．83．1065．03．1083．03．1094．83．1099．1

63．0040．63．0064．73．0082．73．0094．63．0099．0

72．9040．42．9064．42．9082．42．9094．42．9098．8

82．8040．22．8064．02．8082．12．8094．22．8098．6

92．7040．02．7063．62．7082．02．7094．12．7098．4

1O2．6039．72．6063．32．6081．72．6094．02．6098．2

112．5039．52．5063．02．5081．52．5093．72．5098．0

122．4039．32．4062．52．4081．12．4093．32．4097．7

132．3039．02．3062．02．3080．72．3093．02．3097．4

142．2038．72．2061．52．2080．32．2092．52．2097．2

152．1038．42．1061．02．1080．02．1092．02．1097．0

162．0038．02．0060．52．0079．42．009l-52．0096．6

171．9037．71．9060．01．9079．21．9091．01．9096．3

181．8037．41．8059．41．8079．01．8090．51．8096．0

191．7036．01．7058．31．7078．51．7090．01．7095．5

201．6035．01．6558．01．6078．01．6089．51．6095．1

211．5034．01．6057．51．5077．51．5089．01．5094．5

221．4533．01．5056．01．4277．01．4088．01．4094．0

231．4032．01．4055．01．3576．01．3387．01．3093．5

241．3731．01．3554．01．3075．01．2586．01．2092．5

251．3430．01．3053．01．2373．01．1785．01．1095．0

261．3229．01．2552．01．1770．01．1284．01．0190．0

271．3028．01．2050．01．1268．01．0783．00．9689．0

281．2927．01．1748．01．0766．01．0382．00．9288．0

291．2826．01．1446．01．0664．01．0081．00．8686．0

301．2524．01．1142．01．0362．00．9680．00．8182．0

311．2322．01．0940．01．0060．00．8974．00．7778．0

321．2220．01．0635．00．9552．00．8670．00．7370．0

331．1817．01．0330．00．9144．00．8464．00．7164．0

341．1512．01．0022．00．8730．00．7950．00．6642．0

351．090．00．940．00．810．00．700．00．610．0

2．用一元回归(最小二乘直线拟合)求出对应5个波长的光电流益线的斜直线部分的直线方程．(方法仅供参考)

令：I=A BU

依据最小二乘法得

12345678910

U(V)-3．5-3．4-3．3-3．2-3．1-3．0-2．9-2．8-2．7-2．6

Ix10-10mA-41．8-41．5-41．2-41．0-40．8-40．6-40．4-40．2-40．0-39．7

同理：

3．作V—I关系图(伏安特性曲线)

4．作V—关系图

依V—I关系曲线，从图中可得出各波长的截止电压的数据如下表：

波长(nm)400430460490520

频率(×10-10HZ)

7．506．986．526．125．77

截止电压V(V)-1．8-1．60-1．40-1．25-1．10

　　A．依据上述表中的V与I，数据用最小二乘法拟合。

以y为X轴，V为Y轴，设

y=A B

得

B．作V—关系图

5．数据处理(方法仅供参考)

A．求普朗克常量

a．根据截止电压与相应频率拟合的直线方程的斜率可知：

b．根据V—关系图可知：

六、注意事项

　　1．仪器需要预热20～30分钟。

　　2．在实验中应确定零极谱位置，观测微分筒的“0”与固定套筒上的“0”位线重合，可能发生的零位偏差，实验中应予以修正。

　　3．测微螺杆位移0.01nm，恰好对应波长为1nm，逆时针转动微分筒，波长向长波方向移动，波长增加，反之，减小。

　　4.调节测量放大器的零点，在进行测量光电管的伏安特性及其有关实验的过程中，电流表的零位一旦调好，千万不能再动此钮。

　　5.电流表的倍率选择一般在或档，使微安表的指示值在30～100％的范围内，如超过满刻度可调整入射狭缝，尽量在测量某一波长的光电流曲线时，不变更倍率。

　　6．本实验的关键是较准确合理地找到选定波长的入射光的截止电压，真正的截止电压在实测曲线的斜直线部分与曲线部分的相接处，因此，需用最小二乘法处理数据。

七、教学后记

　　1．本实验要测量的数据较多，耗时较多，作为选作实验要求学生能够理解原理，记录数据，并处理数据即可，因此未让学生测5组数据。

　　2．学生在实验中一般未考虑零位修正。

　　3．选作实验学生在态度上就不重视，因此出现急于完成，抄数据的现象。

简述用光电效应测量普朗克常数的实验原理

　　这个实验一般是用光电管来完成的，原理是根据光电效应方程：hv=Ekm W，式中v是照射到阴极材料的入射光频率，Ekm是逸出的光电子最大初动能，W是阴极材料的逸出功。

　　在实验中，只要把多种不同的入射光频率v和对应光电子最大初动能Ekm测量出来，作出Ekm——v图像，可得到一条直线，直线铅液贺的斜率就是普朗克常数h。

　　最大初动能的测量：在光电管两端加上反向槐派电压，从0开始慢慢增大反向电压的数值，当光电埋谈流刚好为零时，记下反向电压的数值U反，则光电子的最大初动能Ekm=e*U反，e是电子电量。