光电效应及普朗克常数的测定 张志林 讲师/硕士 理学院物理实验教学中心
一.实验原理 二.爱因斯坦的解释 三.实验仪器 四.实验内容 五.注意事项 六.数据处理
一.实验原理 在光的照射下，电子从金属表面逸出的现象，叫光电效应。 G V A K + － R E 光电效应实验原理图 某一频率下,某一光强时 光电管的伏安特性曲线
1. 实验规律 （1）仅当> 0（截止频率）时才发生光电效应，截 止频率与材料有关，但与入射光强无关。 （2）截止电压U0 与入射光频率具有线性关系。 U0 ～n 曲线
(3)在同一频率下，饱和光电流强度Im 正比于入射光强P。 同一频率,不同入射光强时I～UAK曲线 (4)光电效应是瞬时效应。当光照射到金属表面时，几 乎立即就有光电子逸出。
二.爱因斯坦的解释 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，在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。 爱因斯坦方程： 正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。这种解释为爱因斯坦所提出。
三.实验仪器 测试仪 光电管和暗箱 汞灯电源 高压汞灯 光阑 滤光片
光阑 滤光片 光电管暗箱遮光盖 汞灯遮光盖
“电流量程”选择旋钮 实验切换按键 “电压调节”旋钮 “电流调零”旋钮
四.实验内容 1. 测试前准备: 盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光电管与汞灯距离调 整并保持在400mm，接通测试仪及汞灯电源，预热约15min。 （注意：汞灯一旦开启，不要随意关闭） 测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，“电压”选 择 在－2V～+2V档，“电流量程”选择在10-13A档，旋转“电 流 调零” 旋钮使“电流表”指示为零。 （注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零)
(3) 调整光路：先取下光电管暗箱遮光盖，将直径为4mm的光阑及波长为365.0nm的滤光片插在光电管入射窗孔前，再取 下汞灯的遮光盖，使汞灯的出射光对准光电管入射窗孔。 （注意：严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管）
2. 用零电流法测定h 将“电压”选择按键置于－2V～+0V档，“电流量程”选择在10-13A档并重新调零。将直径为4mm的光阑及波长为365.0nm 的滤光片插在光电管入射窗孔前，调节电压UAK，使得光电流I 为零，此时测试仪中显示的电压值即可认为是该入射光频率 对应的截止电压。重复测量4次，填入表1中。 依次更换其余四个滤光片（注意：一定要先盖上汞灯的遮光盖再更换滤光片），测出各自对应的截止电压。
表1 光阑孔f =4mm 波长l (nm) 365.0 404.7 435.8 546.1 577.0 8.214 7.407 6.879 5.490 5.196 截止电压 1 2 3 4 平均值
3. 测光电管的伏安特性曲线(I～UAK曲线) 将“电压”选择按键置于－1V～+35V档，将“电流量程”选择开关置于10－10A并重新调零，将直径为4mm的光阑及波长365.0nm的滤光片插在光电管入射窗孔前。 (1) 从截止电压开始由低到高调节电压，直至30V（不高于30V）。 从截止电压到0V 区间，电压取值间隔为0.25V; 从0V到8V 区间，电压取值间隔为1.5V; 从8V到35 V 区间，电压取值间隔为3V; 每取一电压值，记录一电流值到表2中。
为了使每个电流值都有三位有效数字，测量过程中须变换“电流量程” 。 （注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零) (2) 换上其他滤光片，重复步骤(1)。 365.0nm 光阑4mm 435.8nm
五.注意事项 本实验不必要求暗室环境，但应避免背景光强 的剧烈变化。 2. 实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让 汞光不经过滤光片直接入射光电管窗口。 3. 实验结束时应盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖！
六. 数据处理 用线性回归法求U0～直线的斜率k: 再由h= ek求出普朗克常数h，并与公认值h0比较， 求出百分误差: 根据表31－2的数据，在坐标纸上作出对应两种通光 量的I-UAK关系曲线。