普朗克常数测量的实验

一、实验仪器

GD-4型智能光电效应(普朗克常数)实验仪(由光电检测装置和实验仪主机两部分组成)

光电检测装置包括：光电管暗箱GDX-1，高压汞灯箱GDX-2；高压汞灯电源GDX-3和实验基准平台GDX-4。

二、实验目的

1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，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方法；

3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。

三、实验原理

1、普朗克常数的测定

根据爱因斯坦的光电效应方程：

A K G EPhvWs （1）

(其中：EP是电子的动能，hv是光子的能量，v是光的频率，Ws是逸出功, h是普朗克常量。)

V 图（1） Ws是材料本身的属性，所以对于同一种材料Ws是一样的。当光子的能量hvWs时不能产

生光电子，即存在一个产生光电效应的截止频率v0（v0Ws/h）

实验中：将A和K间加上反向电压UKA(A接负极),它对光电子运动起减速作用.随着反向电压UKA的增加,到达阳极的光电子的数目相应减少,光电流减小。当UKAUs时，光电流降为零，此时光电子的初动能全部用于克服反向电场的作用。即

eUsEP （2）

这时的反向电压叫截止电压。入射光频率不同时，截止电压也不同。将（2）式代入（1）式，

得

Us h （3） Us（vv0）e（其中v0Ws/h）式中h、e都是常量，对同一光电管v0也是常量，实验中测量不同频率下的Us，做出Usv曲线。在（3）式得到满足的条件下，这是一条直线。 若电子电荷e，由斜率kh可以求出普朗克常数h。由直线eO Ws/ev0 图（2） v 上的截距可以求出溢出功Ws，由直线在v轴上的截距可以求出截止频率v0。如图（2）所示。

2、测量光电管的伏安特性曲线

在照射光的强度一定的情况下，光电管中的电流I与光电管两端的电压UAK之间存在着一定的关系。

IM I Us UAK

四、实验内容

1、将仪器的连线接好；

2、经老师确认后，接通电源预热仪器20分钟；

3、熟悉仪器，进行一些简单的操作，并将仪器调零； 4、普朗克常数的测定

选定某一光阑孔径为的光阑（记录其数值），在不改变光源与光电管之间的距离L的情况下，选用不同滤色片（分别有为400nm，430nm，460nm，490nm，520nm），调节光电管两端的电压UAK，使得光电管中的电流为0，将此时光电管两端的电压表示为Us（称为截止电压），将其记录下来；

5、测量光电管的伏安特性曲线 观察5条谱线在同一光阑孔径为（记录其数值），在不改变光源与光电管之间的距离L（记录其数值）的情况下，改变光电管两端的电压UAK（范围在150V），记录电压UAK和对应的光电流I。

五、数据的测量与处理

2、测光电管的伏安特性曲线：

波长为400nm对应的IUAK表 mm，Lmm

UAK（V） （I10A）-10-2.50 -2.25 -2.00 -1.75 -1.50 -1.25 -1.20 -1.15 -1.10 -1.05 -26.0 -25.0 -24.2 -23.0 -22.0 -18.0 -16.5 -14.5 -12.0 -8.8 -1.00 -0.97 0.00 0.25 0.5 -4.0 0.0 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 UAK（V） （I10-10A）2.20 2.70 3.00 3.30 3.60 3.80 3.90 4.00

波长为430nm对应的IUAK表



mm，Lmm

UAK（V） （I10A）-10-2.50 -2.25 -2.00 -1.75 -1.50 -1.25 -1.15 -1.10 -1.05 -1.00 -34.0 -33.0 -32.0 -30.0 -29.0 -26.8 -25.0 -24.0 -21.0 -18.0 -0.95 -0.90 -0.84 0 -13.0 -8.0 0 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50

UAK（V） （I10A）-103.00 3.90 4.40 4.80 5.10 5.40 5.60

波长为460nm对应的IUAK表



mm，Lmm

UAK（V） （I10A）-10-2.50 -2.25 -2.00 -1.75 -1.50 -1.25 -1..00 -0.90 -0.85 -0.80 -43.0 -42.0 -41.0 -40.0 -38.0 -36.0 -31.0 -25.0 -20.0 -12.0 -0.77 -0.75 -0.74 0 -7.0 -2.7 0 4.1 0.25 0.50 0.75 5.40 6.30 6.80 1.00 1.25 1.50 7.20 7.60 7.80 UAK（V） （I10A）-10

波长为490nm对应的IUAK表

UAK（V） （I10A）-10-2.50 -2.25 -2.00 -1.75 -1.50 -1.25 -1..00 -0.95 -0.90 -0.85 -0.80 -50.0 -48.0 -47.0 -45.0 -43.0 -41.0 -39.0 -38.0 -37.0 -34.0 30.0 -0.75 -0.71 -0.66 -0. 0 -25.0 -16.0 -7.0 0 0.25 0.50 7.00 0.75 1.00 1.25 7.70 8.10 8.50 1.50 8.80 UAK（V） （I10A）-104.30 6.00 

mm，Lmm

波长为520nm对应的IUAK表

mm，Lmm

UAK（V） （I10A）-10-4.50 -4.25 -3.00 -2.00 -1..50 -1.00 -0.80 -0.70 -0.65 -0.60 -52.8 -52.0 -48.0 -44.0 -41.0 -37.0 -32.0 -26.0 -22.0 -13.0 -0.57 -0.56 0 -4.0 0 3.9 0.25 0.50 5.6 6.40 0.75 1.00 6.9 7.4 1.25 1.50 1.75 7.80 8.01 8.30

UAK（V） （I10-10A）

1、普朗克常数的测定

表一、U0v 关系光阑孔mm

520.0 5.769 -1.53 （）入射光波长 inm（对应频率v i10Hz）截止电压Us（V） 14400.0 7.500 -2.25 430.0 6.977 -2.06 460.0 6.522 -1.85 490.0 6.122 -1.7

U0v直线图

根据表一的实验数据（用最小二乘法处理）得： ( e1.6021019C

h06.621034JS)

直线斜率K=0.41597 直线在v轴的截距=2.063

直线在U轴的截距B=-0.85823 并有hek求出普朗克常数 h=6.66×

J

实验相对误差：Ehh0h==6.04×0由直线的截距求得 截止频率v0=2.063×

电子的逸出功=eU=-0.85823×1.602×

=-1.37×J