如图所示为研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种(或多种)已知频率的光进行实验，
(1)请简要写出实验步骤以及应该测量的物理量
(2)写出根据本实验计算普朗克常量的关系式(用上面的物理量表示)
如图所示为研究光电效应规律的实验电路，利用此装置也可以进行普朗克常量的测量．只要将图中电源反接，用已知频率ν1、ν2的两种色光分别照射光电管，调节滑动变阻器，…．已知电子电量为e，要能求得普朗克散量h，实验中需要测量的物理量是；计算普朗克常量的关系式h=（用上面的物理量表示）．
如图所示为研究光电效应规律的实验电路，利用此装置也可以进行普朗克常量的测量。只要将图中电源反接，用已知频率ν1、ν2的两种色光分别照射光电管，调节滑动变阻器……已知电子电量为e，要能求得普朗克常量h，实验中需要测量的物理量是&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
；计算普朗克常量的关系式
h=&&&&&&&&&&&&&&&
&&(用上面的物理量表示)。
利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为v0的可见光照射阴极K，电表中有电流通过，则（　　）A．只用紫外光照射K，电流表中不一定有电流通过B．只用红外光照射K，电流表中一定无电流通过C．频率为v0的可见光照射K，变阻器的滑片移到A端，电流表中一定无电流通过D．频率为v0的可见光照射K，变阻器的滑片向B端滑动时，电流表示数可能不变
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光电效应测定普朗克常量思考题和实验误差答案
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光电效应和普朗克常数的测定
光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。光电效应实验对于认识光的本质及早期量子理论的发展，具有里程碑式的意义。1887年赫兹在用两套电极做电磁波的发射与接收的实验中，发现当紫外光照射到接收电极的负极时，接收电极间更易于产生放电。年赫兹的助手勒纳系统地研究了光电效应，发现光电效应的主要实验结果是无法用经典理论来解释的。1905年爱因斯坦在总结了勒纳实验结果的基础上，结合普朗克的量子假说，提出了基于光量子假设的著名的光电效应方程，成功地解释了光电效应的实验结果。爱因斯坦因为在理论物理，特别是光电效应理论方面的成就获得1921年度诺贝尔物理学奖
著名的美国实验物理学家密立根一开始激烈反对光量子理论，他花费了10年的时间进行了一系列周密细致的实验研究，经历了许多挫折，克服了重重困难，终于在1914年从实验上获得了爱因斯坦方程在很小的实验误差范围内精确有效成立的第一次直接实验证据，并且第一次直接用光电效应实验测定了普朗克常数h，精确度在0.5%范围内。密立根的光电效应实验令人信服地证明了爱因斯坦方程是完全正确的和普遍适用的。这一实验成果成为20世纪实验物理学的最突出成就。密立根因在电子电荷测量和光电效应实验的成就获得了1923年度诺贝尔物理学奖。
光电效应实验又一次证明了精确实验测量在物理学进步中的重大作用。正如密立根所认为的“科学是在用理论和实验这两只脚前进的”，“有时是这只脚先迈出一步，有时是另一只脚先迈出一步，但是前进要靠两只脚。先建立理论然后做实验，或是先在实验中得出了新的关系，然后再迈出理论这只脚并推动实验前进，如此不断交替进行”，推动科学稳步前进。
光量子理论在固体比热，辐射理论，原子光谱等方面都获得成功，人们逐步认识到光具有波动和粒子二种属性。光子的能量E=hn与频率有关。光在传播时，显示出光的波动性，产生干涉、衍射、偏振等现象；光和物体发生作用时，它的粒子性又突出了出来。后来科学家发现波粒二象性是一切微观物体的固有属性，并发展了量子力学来描述和解释微观物体的运动规律，使人们对客观世界的认识前进了一大步。
【实验目的】
1. 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解
2. 实验测量普朗克常数h。
【实验原理】
光电效应的实验原理如图1所示。入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在回路中运动形成光电流。在回路中加上外加电压UAK，改变电压大小可改变光电流I的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。
光电效应的基本实验事实如下：
1. 对应于单一频率的入射光，光电效应的I-UAK关系如图2所示：对一定的频率，有一电压U0，当UAK≦－U0时，电流为零。这时相对于阴极为负值的阳极电压为－U0。U0被称为截止电压。
2. 当UAK≧－U0 后，I迅速增加，然后趋于饱和。饱和光电流IM 的大小与入射光的强度P成正比。
3. 对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。
4. 作截止电压U0与频率n的关系图如图4所示。当光频率n大于某极限值n0时,U0与n成线性关系。当入射光频率低于该极限值n0时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。n0随不同金属而异,称为该材料的红限频率。
5. 光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于n0，在开始照射后立即有光电子产生，经过的时间至多为10－9秒的数量级。
截止电压、红限频率和瞬时效应是不能用经典理论来解释的。按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像经典波动理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子的微粒上，这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念。频率为n的光子具有能量E=hn，h为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，其能量一次性为金属中的电子全部吸收。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，这部分能量称为逸出功（不同的金属材料具有不同的逸出功），余下的能量变为电子离开金属表面后的动能。按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：
（1）式中，A为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。
由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位为零甚至比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，即阳极反向电压足以阻挡光电子从阴极向阳极运动时，光电流才为零。此时有关系：
阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升。当阳极电压高到足以把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极时，再增加UAK时I不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流IM 的大小与入射光的强度P成正比。
光子的能量hn0<A时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频率（红限频率）是n0 =A/h。
将（2）式代入（1）式可得：
U0 =(h/e)n－A/e
此式表明截止电压U0是频率n的线性函数，直线斜率k=h/e。用实验方法测出不同的入射光频率对应的截止电压，求出直线斜率和截距，就可算出普朗克常数h和逸出功A。
【实验仪器】
ZKY-GD-3型光电效应实验仪。
【仪器介绍】
ZKY-GD-3光电效应实验仪由汞灯及汞灯电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪（含光电管电源和微电流放大器）构成，仪器结构如图5所示，测试仪的调节面板如图6所示。
汞灯：可用谱线365.0nm（紫外光）、404.7nm（兰紫光）、435.8nm（兰光）、546.1nm（绿光）、577.0nm（黄光）。
滤色片：5片，透射波长365.0nm，404.7nm，435.8nm，546.1nm，577.0nm 。
光阑：3片，直径2mm，4mm，8mm。
光电管：光谱响应范围320-700nm。暗电流：I≤2×10-12A（-2V≤UAK≤0V）。
光电管电源：2档，－2—＋2V，－2—＋30V，三位半数显，稳定度≤0.1%。
微电流放大器：6档，10-8—10-13A，分辨率10-13A，三位半数显，稳定度≤0.2%。
【实验内容】
本实验内容主要为三部分：测量光电管在5个不同波长光照明下光电效应的阈值电压，得到阈值电压～光波长关系图，并由此计算出普朗克常数；测量在2个不同波长光照明下，光电流随阳极电压变化的伏安特性曲线；保持阳极电压处于使光电流为饱和状态时，通过入射光阑通光面积的改变，测量饱和光电流与入射光强的关系。
1. 测试前准备
把光电管暗箱遮光盖盖上。接通汞灯电源，预热20分钟。
将汞灯光输出口对准光电管光输入口，调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变。
将测试仪电压输出端（后面板上）与光电管暗箱电压输入端连接起来（红—红，兰—兰）。接通测试仪电源。
将“电流量程”选择开关置于所选档位，仪器在充分预热后，进行测试前调零，旋转“调零”旋钮使电流指示为000.0?10-13A。
用高频匹配电缆将光电管暗箱电流输出端K与测试仪微电流输入端（后面板上）连接起来。
2. 测普朗克常数h
测量方法及影响测量精度的因素：
理论上，测出各频率的光照射下,逐步减少阳极电压，当阴极电流刚好为零时对应的阳极电压值UAK，其绝对值即为该频率的截止电压U0。实际上由于光电管的阳极反向电流、暗电流、本底电流的影响，实测电流不仅仅包含阴极电流，实测电流为零时对应的UAK也并非严格的截止电压。
图7 实测的伏安特性曲线
阳极反向电流是由于光电管制作过程中阳极往往被污染，沾上少许阴极材料，入射光照射阳极或入射光从阴极反射到阳极之后会造成阳极光电子发射，UAK为负值时，阳极发射的电子得到加速，向阴极迁移产生的。暗电流和本底电流是热激发产生的电流与杂散光照射光电管产生的光电流。本实验仪器采用的光电管，由于其特殊结构使光不能直接照射到阳极，由阴极反射照到阳极的光也很少，加上采用新型的阴、阳极材料及制造工艺，使得阳极反向电流大大降低，暗电流水平也较低。
由于截止电压是光电流为零时对应的电压，在截止电压附近，光电流值一般在10-13A量级，如电流放大器灵敏度不够，或稳定性不好，都会给截止电压的测量带来较大误差。
为了尽量消除阳极反向电流、暗电流和本底电流等因素对截止电压测量的影响，在测量各谱线的截止电压U0时，可用“零电流法”或“补偿法”。
零电流法是直接将各种波长的光照射下测得的电流为零时对应的电压UAK的绝对值作为截止电压U0。此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，用零电流法测得的截止电压与真实值相差很小。由于本仪器的特点，阳极反向电流、暗电流和本底电流很小。而且对同一只光电管，各波长光的截止电压理论值与测量值的偏移差值ΔU变化不大。恒定的偏移差值对U0-n曲线的斜率的测量无大的影响，因此对h的测量不会产生大的影响。所以本实验中建议采用零电流法测量截止电压。
补偿法是调节电压UAK使电流为零后，保持UAK不变，遮挡汞灯光源，此时测得的电流I1为电压接近截止电压时的暗电流和本底电流。重新让汞灯照射光电管，调节电压UAK使电流值至I1，将此时对应的电压UAK的绝对值作为截止电压U0。此法可补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响。
测量步骤：
（1）将汞灯遮光盖盖上。
（2）由于截止电压值和光电流较小，将电压选择按键置于-2V—+2V档，将“电流量程”选择开关置于10-13A档，将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上。
（3）将直径4mm的光阑及365.0nm的滤色片装在光电管暗箱的光输入口上。
（4）将汞灯遮光盖打开。从低到高调节电压，用“零电流法”测量该波长对应的U0，并将数据记于表1中。
（5）依次换上404.7 nm，435.8 nm，546.1nm，577.0nm的滤色片，重复测量步骤（4）。（注意在更换滤光片和光阑时必须先将汞灯遮光盖盖上）
3. 测光电管的伏安特性曲线
（1）将汞灯遮光盖盖上。
（2）将电压和电流量程扩大，电压选择按键置于－2V—＋30V档，“电流量程”选择开关置于10-11A档，将电流输入电缆断开，进行电流调零后重新接上。选直径2mm的光阑及435.8nm的滤色片装在光电管暗箱光输入口上。
（3）从低到高调节电压，记录电流从零到非零点变化所对应的电压值（即截止电压）作为第一组数据，以后电压每变化一定值记录一组数据到表2中。一直升高电压到电流值得到饱和为止。此电压为饱和电流对应电压UB。
4. 测量饱和电流与光强的关系
（1）调节UAK到上步测到的饱和电压值UB并一直保持不变，将“电流量程”选择开关置于10-10A档，将测试仪电流输入电缆断开调零后重新接上。分别测量光阑值为2mm，4mm，8mm时对应的光电流值于表3中（请注意更换光阑时必须将汞灯遮光盖盖上）。
（2）换上546.1nm的滤色片和4mm光阑，重复以上测量步骤。
数据记录表：
测量普朗克常数
测量光电管的伏安特性曲线
测量饱和光电流与光强的关系
5. 数据处理
（1）用表1数据在座标纸上作截止电压U0～波长n的变化曲线。
用最小二乘法处理表1的实验数据，得出U0～ν直线的斜率k：
表示频率的平均值；
表示频率的平方的平均值；
表示截止电压UO的平均值；
表示频率与截止电压U0的乘积的平均值。
求出直线斜率k后，用h=ek求出普朗克常数的实验值，并与h的公认值hO比较求出百分误差，其中，。
（2）用表2数据在座标纸上作对应于以上两种波长及光强的伏安特性曲线。
（3）由于照到光电管上的光强与光阑面积成正比，用表3数据验证光电管的饱和光电流与入射光强是否成正比。
【思考题】
1. 用光电效应法测普朗克常数的依据是什么？
2. 加在光电管两端的电压为零时，光电流为什么不为零？
3. 本实验中的哪一些结果是与经典光波动理论相矛盾的，为什么？光电效应法测普朗克常量 实验报告_百度文库
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光电效应法测普朗克常量 实验报告
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