十五夫兰克赫兹试验.doc

实验七 光电效应和夫兰克赫兹实验 （Ⅰ）光电效应 一、预习提要 1．什么是光电效应?它具有什么实验规律?光电效应的伏安特性含义是什么? 2．什么是截止电压?如何用实验来测定? 3．什么是截止频率?如何用实验来测定? 4．本实验中如何测定普朗克常量? 二、实验要求 1．学习测定普朗克常量的一种实验方法； 2．学习用滤色片获得单色光的方法； 3．学习用实验研究验证理论的方法，加深光电效应对光量子理论的理解。 三、实验目的 1．通过测试光电效应基本特性曲线，使学生进一步认识理解光的量子性。 2．通过对五种不同频率的反向截止电压的测定，由 直线图形，求出“红限”频率。 3．验证爱因斯坦光电方程，求普朗克常数。 图 1 原理实验图 图 2 光电管的起始 I－V 特性 四、实验原理 五、仪器及仪器简介 （1）GDH －1 型光电管：阳极为镍圈，阴极为银一氧一钾（），光谱响应范围 340.0～700.0 纳米，光窗为无铅多硼硅玻璃，最高灵敏波长是（4.1±0.1）×102 纳米，阴极光灵敏度约 1A /Lm，暗电流约。 为了避免杂散光和外界电磁场对微弱电流的干扰，光电管安装铝质暗盒中，暗盒窗口可以安放5mm 的光阑孔和36mm 的各种带通滤色片。 （2）光源采用NJ－50WHg仪器用高压汞灯。在303.2～872.0纳米的谱线范围内有365.0、404.7、435.8、491.6、546.1、577.0 纳米等谱线可供实验使用。 （3）NG型滤色片：是一组外径为36mm 的宽带通型有色玻璃组合滤色片。它具有滤选365.0、404.7、546.1、577.0 纳米等谱线的能力。 （4）GT－IIIA 型微电流测量放大器：电流测量范围在10～10A，分七档十进制 变换，机内设有稳定度﹤1.0％，精密连续可调的光电管工作电源，电压量程分 －2～0V、0～＋20V 两档，读数精度为 0.001V，测量放大器可以连续工作 8 小时以上。 六、实验内容 1．测试前准备 （1）首先了解 GY－ⅢA 型光电效应测试仪中的使用方法和注意事项。 （2）放置好仪器，用光窗盖分别盖住光电暗盒的光窗口和光源光窗口。接通光源的电源开关，并预热 20—30 分钟。 （3）将微电流测试仪与光电管暗盒之间的导线连接好，调节光源光窗口与光电管暗盒光窗口等高，间距为 30cm 为宜。 2．测试 （1）旋转滤色片转盘，选择透射波长为 365 的滤色片。用“电压调节”旋钮将电压为－2V 缓慢升高到＋20V，记录相应的电流值。测量点至少应该有 20 个，尤其在－2V 至 0V 间电流开始变化区间细测一下，多记几个点，并仔细找到电流为 0 时所对应的电压值，将记录数据记入表二。 （2）依次选择 405、436、546 和 577 型滤色片，重复步骤（1），测出其伏安特性。 （3）改变光阑，重复上述步骤。 七、数据处理 1．在坐标纸上绘制不同频率入射光照射下光电管的伏安特性曲线，准确找出不同频率对应的截止电压； 2．作出不同频率下截止电压 和频率v 的关系曲线，求出普朗克常量h，截止频率和逸出电势 。 3．作出不同光强下的 I－V 特性曲线。 八、注意事项 1．由于暗电流等的存在截止电压不在光电流 I＝0 处而较难准确确定，故在电流开始 变化的“始头点”附近细心地多测几个点以保证较准确地确定截止电压。 2．保护滤色片。更换滤色片时注意避免污染，不能用手触摸，如发现灰尘等可用镜头 纸擦净，保证良好透光。 3．保护光电管。实验前或实验完毕后用遮光罩盖住光电管暗盒进光窗，避免强光直接照射阴极缩短光电管寿命。 4．保护光源。高压汞灯的功率较大，温度很高，实验完毕应及时关闭电源，以免影响使用寿命。 5．光源与光电管暗盒之间相距宜取 30～50cm，从光源出光孔射出的光必须直照光电 管阴极面，暗盒可作左右及高低调节。为避免光线直射阳极带来反向光电流增大，测试时 光窗口宜加5mm～8mm 的光阑。 6．光电管入射窗口不要面对其它强光源（如窗户等）以减少杂散光于扰。 7．仪器不宜在强磁场、强电场、高湿度及温度变化率大的场合下工作。 九、思考题 1．测量到的光电流是否完全是光电效应概念中的光电流?它还受到哪些因素的影响? 2．你是如何减小截止电压的测量误差的? 3．光电效应是如何验证光量子理论的? 表一 365nm U I 405nm U I 436nm U I 546nm U I 577nm U I 表二 波长 365 nm 405nm 436nm 546