综合、设计性实验报告年级实验题目光电效应测普朗克常数实验目的1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论光电效应实验，了解光电效应的基本规律；2、掌握用光电管进行光电效应研究的技巧；3、学习对光电管伏安特点曲线的处理方式，并用以测定普朗克常数。三、仪器用品ZKY—GD—3光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片（五个）、光阑（两个）、光电管、测试仪实验原理1、光电效应与爱因斯坦等式用合适频度的光照射在个别金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这些现象称作光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，觉得对于频度为的光波，每位光子的能量根据爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部份拿来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。爱因斯坦提出了知名的光电形式中，为入射光的频度，为电子的质量，为光电子逸出金属表面的初速率，1）式可见，入射到金属表面的光频度越高，逸出的电子动能必然也越大，所以虽然阴极不加电流也会有光电子落入阳极而产生光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位高于某一数值时，所有光电子都不能抵达阳极，光电流才为零。
这个相对于阴极为负值的阳极电位被称为光电效应的截至电流。其实，有代入（1）式，即有由上式可知，若光电子能量，则不能形成光电子。形成光电效应的最低频率是，一般称为光电效应的截至频度。不同材料有不同的逸出功，因此也不同。因为光的强弱决定于光量子的数目，所以光电压与入射光的硬度成反比。又由于一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子的频度成反比，，将（3）式改写为上式表明，截至电流是入射光频度的线性函数，如图2，当入射光的频度时，截至电流，没有光电子逸出。图中的直线的斜率是一个正的常数：由此可见，只要用实验方式做出不同频度下的曲线，并求出此曲线的斜率，就可以通过式（5）求出普朗克常数。其中是电子的电量。U0-直线2、光电效应的伏安特点曲线右图是借助光电管进行光电效应实验的原理图。频度为、强度为的光线照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出。如在阴极之间构建起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，随着电流的降低，抵达阳极的光电子将逐步增多。当正向电流降低到时，光电流达到最大，不再降低，此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流。光电效应原理图因为光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速率，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流存在，若在两极间施加一反向电流，光电流急剧降低；当反向电流达到截至电流时，光电流为零。
爱因斯坦等式是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导入的。实际上做阴极的金属逸出功称作阳极的金属逸出功小，所以实验中存在着如下问2）阳极电压。制做光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就产生阳极电压。因为它们的存在，促使曲线较理论曲线下移，如右图所示。伏安特点曲线实验步骤1、调整仪器联接仪器；接好电源，打开电源开关，充分预热（不多于20分钟）。在检测电路联接完毕后，没有给检测讯号时，旋转“调零”旋钮调零。每换一次阻值，必须重新调零。取下暗盒光窗口赤道仪，换上滤光片，取下汞灯出光窗口的赤道仪，好遮光筒，调节好暗盒与汞灯距离。2、测量普朗克常数将半径为4mm的光阑和的滤色片装在光电管电黑箱输入口上。取平均值。3、测量光电管的伏安特点曲线暗盒光窗口装滤光片和4mm光阑，平缓调节电流旋钮，令电流输出值平缓0V伏降低到30V，每隔1V记一个电压值。但注意在电压值为零处记下截至电在暗盒光窗口上换上滤光片，仍用4mm的光阑，重复步骤（=2mm)波长λnm）3654频度ν)截至电第一次第二次第三次1,165第一次检测结果及处理：第二次检测结果及处理：第三次检测结果及处理：nm）3654频度ν)截至电流（检测光电管的伏安特点曲线（波长λ=436nm光阑=2mm）偏差估算由前面图表，零电压法三次检测的结果偏差依次为：E1=%E2E3=%补偿法检测的结果偏差为：实验剖析讨论本实验中应用不同的方式都测出了普朗克常数，但都有一定的实验偏差，剖析偏差形成缘由是：1、暗电压的影响，暗电压是光电管没有遭到光照射时，也会形成电压，它是因为热电子发射、和光电管管壳短路等诱因引起；2、本底电压的影响，本底电压是因为室外的各类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流的变化而变化。
3、光电管制做时形成的影响：（1）、由于制做光电管时，阳极上也常常溅射有阴极材料，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，所以关系曲线就和IKA、UKA曲线图所示。为了精确地确定截至电流US，就必须除去暗电压和反向电压的影响。以时位置来确定截至电流US的大小；制做上的其他偏差。4、实验者自身的影响：（1）从不同频度的伏安特点曲线读到的“抬头电流”（截至电流）光电效应实验，不同人读得的不一样，经过处理后的到曲线也不一样，测出的数值就不一样；（2）调零时，可能会出现偏差，及在检测时似乎也会使原先调零的系统不再确切。5、参考值本身就具有一定的精确度，本身就有一定的偏差。6、理论本身就有一定的偏差，比如，等人用激光作光电发射实验时，发觉了与爱因斯坦等式偏离的奇特光电发射。激光器发射的=的光子照射逸出功为A=的钠金属时，发觉光电流与光强的平方成反比。按爱因斯坦等式，光子的频度处于钠的阀频度以下，不会有光电子发射，但是新现象却发生了，不但有光电子发射，但是光电流不是与光强成反比，而是与光强的平方成反比。
于是，人们构想光子间进行了“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。人们推测，光电效应历史光电效应由日本化学学家赫兹于1887年发觉，对发展量子理论起了根本性作1887年，首先是赫兹（）在证明波动理论实验中首次发觉的。当时，赫兹发觉，两个锌质小球之一用紫外线照射，则在两个小球之间就十分容易跳过电花。大概1900马克思?布兰科（）对光电效应做出最初解释，并引出了光具有的能量包裹式能量）这一理论。他给这一理论怪罪成一个方程，也就是E=hf是一个常数，也称布兰科常数（'s就是光源的频度。也就是说，光能的强弱是有其频度而决定的。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)也对其进行了研究，强调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。但未能按照当时的理论加以解释1905年，爱因斯坦26岁时提出光子假定，成功解释了光电效应，因而获得1921年诺贝尔化学奖。
他进一步推广了布兰科的理论，并导入公式，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。1962年由约瑟夫森提出的测定的交流约瑟夫森效应法10、由冯克利青于1980年发觉的量子霍尔效应量子霍尔效应法11、由日本国家化学实验室的基布尔等人于1990年采用的直接测的通电动圈法12、用磁化率检测普朗克常量（基于检测弱磁物质磁化率的基本原理使用学院化学实验用的Gouy)磁天平）3．光电管为何要装在暗盒中的缘由光电管装在暗盒中一方面是避免光照射阴极，致使光电管的使用寿命增加；另一方面是，再用某一频度的光照射时，排出了其他频度光的干扰，提升检测精度。也由此，在非检测时，用赤道仪挡住窗口。4．入射光的硬度对光电流的大小有影响当某一光的频度确定后，假如可以促使阴极板发生光电效应，当光硬度降低时，也即单位时间的光量子个数降低，于是就有单位时间被迸发出的电子个数会降低，于是光电流还会减小。当某一光的频度不足以促使阴极板发生光电效应