光电效应法测定普朗克常量

【实验目的】

1． 了解光电效应的基本规律，认识光的粒子性。 2． 用光电效应法测定普朗克常量。

【实验原理】

光电效应的实验装置如图，其中GD为光电管，K为光电管阴极，A为光电管阳极；G为微电流计；V为电压表；R为滑线变阻器。

其中单色光是从汞灯光谱中用干涉滤光片获得。照射阴极时，由阴极释放出电子而形成阴极光电流，而阴极光电流与通过调节R可知的 加速电势差UAK负到一定量值时，阴极电流变为“0”；与此对应使光电流为零的反向电势差称为遏止电势差；且用Ua来专门表示。Ua的大小与光的强度无关，

而是随着照射光频率的增大而增

光电效应

加速电位差UAK和饱和值IH和光照强度关系如图

光电子从阴极逸出时具有初动能，其最大值等于它反抗电场力所做的功。据爱因斯坦公式用下式表示，即

hWUavee

实验室用不同频率的单色光(ν1、ν2、ν3„)照

射阴极，测出相应的遏止电势差（Ua1、U2、Ua3„），然后作出Ua—ν图，由此图的斜率即可求得h。

⑶光子的能量hν=W时，光电子恰好能逸出，此时的频率称为阴极的红限频率，且用ν0（ν0=W/h）来表示。实验中可以从Ua—ν图的斜率和截距求得阴极的红限频率和逸出功。 1． 遏止电势差的确定

实际测量的光电管伏安特性如图5所示，它要比图4复杂。这是由于： 1．存在暗电流和本底电流。在完全没有光照射光电管的情形下，由于光电管本身的热电子发射等原因所产生的电流称为暗电流。本底电流则是由于外界各种漫反射光入射到光电管上所致。这两种电流属于实验中的系统误差。

2．存在反向电流。由于在制造光电管的过程中，阳极不可避免地被阴极材料所沾染，而且这种沾染在光电管的使用过程中会日趋严重。虽然光电流是阴极受到光射释放出电子形成的电流，但当光照阴极时，由于漫反射被沾染的阳极也会发射电子形成“反向电流”。因此，实测电流是阴极电流与阳极电流的叠加结果。

可见，在实际测量光电效应的伏安特性时，由于上述因素的影响，会使截止电位下移至Ua，其对应的横坐标值才是Ua，并非曲线上I ＝0的横坐标值，图5中反映了这一实际情况。所以准确地测定入射光的外加截电压是非常关键的，它直接影响普朗克常数测定的准确度

图4 图5

【实验内容】

⑴打开汞灯和微电流计电源，均预热20分钟左右才能稳定工作。

⑵调节光电管位置，使汞灯清晰地成像在光电管阳极圈中心部位的阴极面上。

⑶调整微电流计

调零，将测量范围选择旋钮调到“短路”位置，将电压电流选择键拨至“﹢”极性，调节调零旋钮，使电流示值为0.0；

调满度，将测量范围调到“满度”位置，调节满度旋钮，使电流示值为100.0。 调零与调满度一般要反复调几次才能调好。 ⑷测量暗电流特性曲线

进光孔用遮光盖盖上，调节加速电压旋钮，从-2V—0V之间，每隔0.2V记一次相对应的电压、电流值。然后画暗电流特性曲线。

⑸测量光电流特性曲线

用365nm的滤光片替换遮光盖，调节加速电压旋钮，从-2V—0V之间，每隔0.1V记一次相对应的电压、电流值。然后做出光电流特性曲线。

⑹确定遏止电势差

找出光电流与暗电流两特性曲线的交点电位差Ua’作为遏止电位差。至于365nm，436nm，546nm，577nm四条光谱相对应的遏止电势差，也可用同样的方法确定。

⑺利用所测得的数据，设计数据记录表格。根据直线拟合法作Ua—ν图，求出h值。

【数据记录与处理】

1．光电流特性曲线的描绘 加速电压（V） 光电流强度（A） 加速电压（V） 光电流强度（A） -2.000 -24×10-12 -0.900 16×12-10 -1.900 -19×10-12 -0.800 18×12-10 -1.800 -12×10-12 -0.700 22×12-10 -1.700 4.0×10-12 -0.600 24×12-10 -1.600 36×10-12 -0.500 31×12-10 -1.500 94×10-12 -0.400 32×12-10 -1.400 18×10-11 -0.300 40×12-10 -1.300 34×10-11 -0.200 41×12-10 -1.200 52×10-11 -0.100 50×12-10 -1.100 74×10-11 0 52×12-10 -10-1.000 12×12 光电流特性曲线 6 5 4 3 2 1 0 -2.500

-2.000 -1.500 -1.000 -0.500 -1 0.000

2．遏止点位的测量和普朗克常数的计算

波长（nm） 频率ν（1014S-1） 遏止点位Ua（V） 斜率ΔU/Δν(h/e) 普朗克常数h 百分误差E0 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 365 8.219 -0.479 405 7.407 -0.566 436 6.881 -1.095 4.141×10-15 6.626×10-34J·S 0.066﹪ 546 5.495 -1.353 577 5.199 -1.736 y =4.141×10^-15x - 1.7042 3 4 5 6 7 8 9

实验结果与讨论

实验测得的光电流特性曲线比理想的光电流特性曲线低，这是因为光电管在制作过程中，工艺上很难做到阳极不被阴极材料所沾染，而且这种沾染在光电管使用过程中还会日趋严重。沾染后阳极逸出功降低，当阴极来的散色光照到它时，会发射出光电子而形成阳极光电流。实验测得的电流特性曲线，是阳极光电流和阴极光电流的叠加。此外，暗盒中的光电管即使没有光照射，在外加电压下也会有微弱电流通过，称作暗电流。

由于阳极沾染，实验时出现了反向电流。特性曲线与横轴交点的电流虽然等于0，但阴极光电流并不等于0；交点的电势差Ua’也不等于遏止电势差Ua。两者之差由阴极电流上升的快慢和阳极电流的大小决定。阴极电流上升越快，阳极电流越小，Ua’与Ua之差也越小。

本次实验，误差较小，有部分可能是仪器误差，还有便是遏制电位差的读数不够准确。