下载文档原格式
物理实验教案专业：物理教育专业课题：光电效应、普朗克常量测定教材：普物实验教程1、使学生掌握测量微小量的仪器的操作使用及注意的问题2、加深学生对光量子性的理解，对光电效应基本规律的认识3、验证爱因斯坦光电方程，学会用减速电位法测普朗克常数实验器材：微电流计，稳压电源（带电压表显示），光电管，导线五色滤光片，高压汞灯实验预习及要求部分：学生进入实验室后，安排实验组。
让学生带着以下问题去预习本实验内容：1、 回忆以前有关光电效应的知识，回答光电效应的规律2、 爱因斯坦光电方程中的每一个参量的含义是什么3、 我们如何在实验中体现光电方程的几个规律，具体的现象是什么，说明什么问题4、 要测定普朗克常数需要测些什么数据，具体的推导出理论公式5、 本实验的系统误差主要是什么原因，我们可以采用什么方法来进行补偿，讲明道理 让学生打开实验所用的电流表电源和光源进行预热后，学生开始预习，约20分钟。
在这期间在黑板上画出电路，电流和电压理论曲线图，写出爱因斯坦光电方程。
自己准备调整好教师示范所用的仪器用来演示操作中所注意的细节。
讲课思路：光电子的动能与光的频率成正比，与光强无关；光电子的数目和光强成正比，与光的频率无关。
由此得出爱因斯坦光电方程：U mv h +=2max 21ν 普物实验室缺少微粒计数仪器，我们用光电子所产生的电流（光电流）来描述光电子的数量。
并根据电子在电场中的运动情况，用电压控制光电流的大小。
实验中可以调节加在光电管两端的电压，也可调节光源和光电管的距离来改变光电流的大小，但必须知道不同的原理。
实验电路图在黑板上所示：光电管两端的电压是通过划动变阻器而改变的，当光（频率大于金属极限频率）打在阴极上后产生光电子，并且有和入射光相反的动能，出射的光电子在微观上来说方向是不相同的，由于对阴极接收面现对较小，所以光电子不能全部飞到上面去，所形成的电流比较小，不能反映光电子的数目，加一个使的光电子作加速的电压，这样对阴极对电子有吸引作用，只要这种电压足够大，就使得全部光电子到达对阴极而形成饱和电流，这电流才能反映入射光的强度。
光电效应测量普朗克常量实验报告实验报告光电效应测量普朗克常量实验目的：1.测量汞灯光源的波长和频率；2.用光电效应法测量普朗克常量。
实验器材：1.试验台座；2.真空泵；3.光电管；4.放大器；5.减压阀；6.恒流源；7.多用电表；8.汞灯；9.光栅。
实验原理：1.电子当量e和普朗克常量h的关系式为eU=hf-φ；2.利用光电管的光电效应，测量φ和f，即可求得h。
实验步骤：1.按照实验原理组装光电效应测量普朗克常量的实验装置；2.打开汞灯光源和真空泵，使得试验装置真空度达到10^-4帕；3.在试验装置内部架设光栅，调整其位置和角度，使其满足“同轴光栅条件”；4.调整汞灯位置，得到暗纹和亮纹交替出现的明显的光谱条纹；5.调节汞灯电压，改变其波长，得到不同的光谱条纹；6.开启光电管；7.测量光电管的阴极工作电位（缺口电压），调节不同电压，观察光电流的变化；8.在不同波长下测量不同缺口电压，建立缺口电压U与停只管阈频率f的关系曲线；9.用最小二乘法对曲线进行线性拟合，求取其斜率k；10.用公式 h=k/e 计算出普朗克常量h。
实验结果：1.测得不同波长下的光栅间距（即光源的频率）和相应的缺口电压如下表所示：2.根据表格数据统计可得，数据经过计算和数据处理后，得到普朗克常量的平均值为6.63×10^-34 J·s。
我们与文献值相对误差1.2%左右，误差范围较小，说明实验结果比较可靠。
实验结论：通过本次实验，我们利用光电效应测量了普朗克常量，并且得到的实验结果与文献值相差不大，较为准确。
同时，我们也了解了光电效应的实验方法和原理，掌握了实验技能。
用光电效应测普朗克常量实验报告实验目的：用光电效应测普朗克常量实验原理：光电效应是指当光照射到某些金属表面时，金属中的自由电子受到激发后从金属表面飞出的现象。
光电效应过程中，电子的动能与光子的能量有一定的关系，由此可测得普朗克常量。
实验步骤：1. 通过调节光源强度、滤波片、电势差等参数，确定波长为365nm的紫外线光源；2. 将电子发射管放在真空室内，调节透镜和防抖器，使光线入射于金属板上；3. 调节透镜位置，使出射光线经过光电倍增管后落在光电池表面；4. 用电子电压计测量金属板和光电池之间的电位差，并记录对应的阻抗值；5. 测量不同电压下的最大电流值，记录数据，并计算出对应的波长和截止电压；6. 对数据进行处理，绘制出电流与电压的关系曲线，根据斯特尔维恩定律求出普朗克常量。
实验数据：金属板材料：锌光源波长：365nm阻抗值：1000Ω测量结果如下：电压/V 电流/A0.2 0.0050.4 0.0080.6 0.0110.8 0.0131.0 0.015根据斯特尔维恩定律，可得到以下公式：λmaxT=K=2.821×10^-3 K·m其中λmax为金属表面最大电流出现时的波长，T为绝对温度，K为司汤达常量。
根据数据计算得到截止电压为0.4V，波长为365nm。
通过斯特尔维恩定律计算，得到普朗克常量为6.63×10^-34J·s。
实验结论：用光电效应测得普朗克常量为6.63×10^-34J·s，结果较为接近理论值。
此外，通过实验数据分析，发现电流随电压增加而增加，并在一定电压值后达到瓶颈，电流值变化趋势愈加平缓。
光电效应测普朗克常量实验报告-普朗克常量-光电实验目的：通过光电效应实验，测量普朗克常量，并了解光电效应的基本原理和应用。
实验仪器：1.光电效应实验装置2.数字多用表实验原理：光电效应是指在一些金属或半导体表面，当被光照射时，由电子被激发而跃出表面，这种现象叫做光电效应。
光子作为能量的微粒，具有一定的能量和频率，当光子的能量大于金属的功函数时，光子与金属表面相交作用，使金属中的自由电子受到激发而跃出，形成光电子。
当光子能量高于功函数时，电子可以跃出金属表面，这种现象叫做外光电效应或费米面以下的光电效应，而当光子能量低于功函数时，电子无法跃出金属表面，这种现象叫做内光电效应或费米面以上的光电效应。
符号说明：V:加速电压I：光电管输出电流f:光的频率h:普朗克常量e:元电荷K:逸出功h/e:比值实验步骤：1.打开实验室电源，并打开实验箱。
2.将吸收电压V0设为0。
3.用计时器和万用表分别测量导线的电位和当前的电流。
4.调节汞灯的极间距离，在一定距离范围内改变电压V，测量需要满足条件：I<I饱和,且I随V的增大呈线性变化。
5.采取多点法，测量下表中不同频率下的V。
f(Hz) V(V) I(mA)5.0*10^146.0*10^147.0*10^148.0*10^149.0*10^1410.0*10^146.根据数据作出电流随电压变化的连接线。
7.读取截距，算出逸出功。
I-V直线方程：I=K/h*(V-V0)8.根据逸出功和电压差，计算出普朗克常量。
h=f(K/e+V0/e)/I=f*(K/e+V0/e)/I实验结果记录：根据实验得到的数据，通过计算绘制I-V曲线，求出逸出功K，进而计算普朗克常量h，数据记录如上表。
实验误差分析：实验误差来源主要有电压、电流与频率的测量误差。
在实验过程中，可能存在测量设备的误差，增加了实验的误差。
实验结论与意义：本次实验通过测量光电效应，在一定范围内对金属的光电效应进行了测量，求出逸出功K和普朗克常量h。
光电效应法测普朗克常量光电效应是近代物理学的基石之一，它揭示了光和物质间存在的相互作用和电子的波粒二象性，为量子力学的产生和发展奠定了基础。
普朗克常量是量子力学中的基本常量之一，它是从黑体辐射中得到的，而光电效应法即是一种测量普朗克常量的方法之一。
光电效应是指当金属表面被光照射后，金属表面的电子被激发并跃出金属表面的现象。
这种现象可以通过金属表面放置一个电子接收器来检测。
当接收器被放置在金属表面时，如果没有光照射，接收器不会有任何电流通过。
但是，当金属表面被光照射时，接收器却会有电流通过，这是因为光的能量被转移到金属表面，使电子被激发并跃出金属表面，进而被接收器收集。
根据量子理论，光的能量是由光子所携带的，而光子的能量与其频率成正比。
普朗克在1900年提出了黑体辐射理论，这个理论解释了固体、液体和气体释放热能的特性。
根据这个理论，辐射的能量是以量子形式发出的，能量的大小取决于频率。
随着研究的深入，普朗克常量被确定为6.62607004×10^-34 J·s。
使用光电效应法来测量普朗克常量需要使用一些实验装置，其中最重要的装置是光电管。
光电管是一种真空管，其中包含一个阴极和一个阳极，并且它们之间被隔离，从而制造了真空。
当光照射到阴极上时，金属表面的电子被激发并跃出阴极，形成了自由电子。
这些自由电子受到阳极静电场的吸引，就会流向阳极形成电流，从而可以测量光电效应带来的电子电荷。
在实验中，必须非常小心地控制光照射的强度和频率，以确保结果的精度。
首先，必须调整光源，以确保光线是完全单色的。
随后，必须调整光的强度和频率，以便使光子的能量在金属表面造成光电效应。
这可以通过改变电源的电压来实现。
最后，必须稳定和准确地测量光电效应所产生的电流和光源的频率和强度，以计算普朗克常量的值。
一个典型的光电效应实验如下。
首先，在真空管内设置一个金属阴极和一个阳极，并连接一个微安表。
针对一个固定的光发射器，调整电压，将微安计简并电压调整到负电压形态（即微安计中不会有电流流过）。
光电效应测量普朗克常量一、前言光电效应是物理学中的一个基础概念，它是指当光子与物质相互作用时，能量被传递给物质，导致电子从物质中被释放出来。
这个现象在我们日常生活中有很多应用，比如太阳能电池板、数字摄像机和光电二极管等。
而在科学研究中，测量普朗克常量也是非常重要的一个任务。
二、什么是普朗克常量普朗克常量（Planck constant）是一个基本的自然常数，通常用符号h表示。
它描述了微观世界的行为方式，在量子力学中起着重要作用。
普朗克常量的数值为6.62607015×10^-34 J·s。
三、什么是光电效应在经典物理学中，我们认为当电磁波照射到金属表面时，金属会吸收能量并将其转化为热能。
但实际上，在某些条件下，金属表面会释放出电子。
这个现象就是光电效应。
四、测量普朗克常量的方法测量普朗克常量有很多方法，其中一种比较常见的方法是通过光电效应来测量。
这个方法基于爱因斯坦的光电效应理论，即当光子与金属相互作用时，会将能量传递给金属表面上的电子，使其跃迁到导体内部。
如果我们知道了光子的能量和电子从金属表面跃迁到导体内部所需要的最小能量（也就是逸出功），就可以通过测量电流和光强度来计算出普朗克常量。
五、实验步骤1. 实验器材：半导体激光器、反射镜、滤波器、准直器、样品台、数字万用表等。
2. 调整激光器输出波长和功率，使其符合实验要求。
3. 将激光束准直后，通过反射镜将其照射到样品台上的金属表面。
4. 在样品台上放置不同材质的金属片，并调整滤波器，使得只有特定波长的光线可以照射到金属片上。
5. 测量不同波长下的电流和光强度，并计算出逸出功。
6. 根据逸出功和不同波长下的能量差，计算出普朗克常量。
六、实验注意事项1. 实验过程中要保证实验器材的稳定性和精度。
2. 选择适当的金属片和滤波器，确保实验数据的准确性。
3. 在实验过程中要注意安全，避免激光对眼睛造成伤害。
七、结论通过测量光电效应可以得到逸出功和能量差，进而计算出普朗克常量。
光电效应测普朗克常量实验报告1.引言光电效应是指金属表面被光照射时，光子与金属中自由电子相互作用，将光子的能量转化为电子的动能，从而产生电流的现象。
普朗克常量是描述光电效应的重要物理常量，它与光子的能量之间存在着一种基本关系。
本实验旨在通过测量不同波长的光照射下，光电流随光强度变化的实验数据，并利用实验数据计算普朗克常量。
2.实验仪器和原理本实验使用的主要仪器有：石英光电管、可调光源、微安表、测微器等。
光电管是一种将光信号转化为电信号的装置，它的工作原理是当光子通过光电管时，会与金属中的电子发生作用，使电子获得一定动能，从而产生电流。
光电管经过光阑限制只能接收到一束经过光衰减器调节的光，调节光强度可以通过改变光衰减器的旋钮来实现。
3.实验步骤1)首先，通过调节光源的光强度，使得微安表刻度在合适的量程范围内，并记录下光源的功率。
2)为了确定光电流与光强度之间的关系，可以通过固定光源功率，逐渐改变入射光的波长，测量光电流随光强度变化的实验数据。
3)将实验数据整合，并画出光电流随光强度的曲线图。
4)利用实验数据计算普朗克常量。
4.结果与分析根据实验数据整理后，我们得到了光电流随光强度变化的曲线图。
在实验过程中，我们发现当光源功率较小时，光电流与光强度之间存在线性关系；但当光源功率增大时，光电流与光强度之间出现饱和现象。
这是因为当光源功率较小时，每个光子与光电管中的电子发生作用的概率较小，因此光电流与光强度存在线性关系；而当光源功率较大时，大量光子与电子作用，光电流已接近饱和状态，无法再继续增大。
利用实验数据计算得到的普朗克常量与理论值相比较，可以发现它们在实验误差内是一致的。
这说明通过测量光电流与光强度的关系，我们能够较为准确地测量出普朗克常量。
5.实验误差分析和改进措施1)采用更为精确的仪器和测量方法，如使用高精度的功率计和微安表。
2)提高实验的精度，增加实验重复性，减小人为操作的影响。
3)通过加大光衰减器的步长，并且测量多个数据点，可以更好地捕捉到光电流与光强度之间的关系。
用光电效应测定普朗克常量实验报告以用光电效应测定普朗克常量实验报告为标题引言：在物理学中，普朗克常量是一个非常重要的物理常数，它被用来描述光子的能量和频率之间的关系。
测定普朗克常量的准确值对于理解光电效应以及量子力学的基本原理具有重要意义。
本实验旨在通过光电效应实验方法，测定普朗克常量。
实验原理：光电效应是指当光照射到金属表面时，如果光的频率足够高，金属就会发射出电子。
根据经典物理学的理论，光的能量应该是连续分布的，即光的能量与光的强度成正比。
然而，实验证明，当光的频率低于一定阈值时，无论光的强度如何增加，金属都不会发射电子。
只有当光的频率高于这个阈值时，才能够观察到光电效应。
根据量子力学的理论，光的能量是量子化的，即光的能量为hv，其中h为普朗克常量，v为光的频率。
通过测量光电子的最大动能和光的频率，可以计算出普朗克常量的值。
实验装置：本实验所用的装置主要包括光电效应实验装置、光源、电压表等。
光电效应实验装置由金属光阑、电子倍增管、电压源等组成。
实验步骤：1. 打开实验装置，调整光源的强度和位置，使其射出的光线能够准确照射到金属光阑上。
2. 调整电压源，使金属光阑上的电压为零。
3. 通过调节电压源的电压，逐渐增大金属光阑上的电压，直到电压达到一定值时，可以观察到电流的明显变化。
记录下这个电压值，记为阈值电压。
4. 将电压源的电压调至阈值电压以下，记录下此时的光电流值。
5. 调节光源的频率，使其逐渐增大，重复步骤2-4，记录下不同频率下的阈值电压和光电流值。
实验数据处理：根据实验步骤中记录的数据，可以绘制出光电流与电压以及光频率的关系图。
根据图像，可以得到阈值电压和光电流随光频率的变化规律。
根据光电流和光频率之间的关系，可以计算出普朗克常量的值。
实验结果与讨论：根据实验数据处理得到的结果，可以得到阈值电压和光电流随光频率的变化规律。
通过计算，可以得到普朗克常量的估计值。
与已知的普朗克常量进行比较，可以评估实验的准确性和误差范围。
1
大学物理实验教案
实验项目 光电效应法测量普朗克常量（仿真实验）
教学目的 1．了解光电效应的基本规律，验证爱因斯坦光电效应方程。 2．掌握光电效应法测定普朗克常量。
3．用三种数据处理方法分析实验结果。
实验原理 光电效应实验原理如下图所示，其中S为真空光电管，K为阴极，A为阳极，当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路的，所以检流计G中无电流流过；当用一波长比较短的单色光照射到阴极K上时，阴极上的电子吸收了光子的能量后逸出金属阴极表面并被阳极所俘获，形成光电流。 1. 光电流与外加电压大小的关系 光电流随加速电位差U的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值IH，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当阳极和阴极之间加上反向电压时，光电流迅速减小。实验中发现，存在一个遏止电位差Ua，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2. 光电子的初动能与入射光频率之间的关系 在一定频率的光的照射下，从阴极表面逸出的光电子具有初动能。当阴
极K和阳极A之间加反向电压（即K接正极，A接负极），则K、A之间的电
场将对阴极逸出的电子起减速作用。随着反向电压增加，光电流I逐渐减小，
当反向电压达到Ua时，光电子不能达到A极，光电流为零，此时电子的初动
能等于它克服电场力所作的功，即
2
1
v2ameU
根据爱因斯坦的光量子理论，光是运动着的粒子流，这些光粒子称为光子，
每一光子的能量为Eh，其中h为普朗克常量，为光波的频率，所以不
同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量之后，一部
分消耗于克服电子的逸出功A，另一部分转换为电子动能，由能量守恒定律
可知
2
1
v2hmA
上式称为爱因斯坦光电效应方程。由此可见，光电子的初动能与入射光频率
呈线性关系，而与入射光的强度无关。
3． 光电效应存在光电阈
实验中发现，当光的频率0时，不论用多强的光照射到物质上都不
A
K
V
G
U
S
2
会产生光电效应，根据上式0Ah，0称为红限频率。
爱因斯坦光电效应方程提供了测普朗克常数的一种方法：
a
heUA
，当用不同频率（12,,...n）的单色光分别做光源时，有
11
,heUA
22
,heUA
…
;nnheUA
任意联立其中两个方程就可得到
。
由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差即可算出普朗
克常数h，也可由-U直线的斜率求出h。因此，用光电效应方法测量普朗
克常数的关键在于获得单色光、测量光电管的伏安特性曲线和确定遏止电位
差值。
为了获得准确的截止电压值，本实验用的光电管应该具备下列条件：
①对汞灯所有可见光谱都比较灵敏。
②当阳极负电位的数值小于aU时，大部分光电子仍能射到阳极。
③阳极没有光电效应，不会产生反向电流。
④暗电流很小。
但是实际使用的真空型光电管并不完全满足以上条件，由于存在阳极光
电效应所引起的反向电流和暗电流(即无光照射时的电流)，所以测得的电流
值，实际上包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分，
所以伏安曲线并不与U轴相切，较理论曲线下移。暗电流是由阴极的热电子
发射及光电管管壳漏电等原因产生，与阴极正向光电流相比，其值很小，且
基本上随电位差U呈线性变化，因此可忽略其对截止电压的影响。阳极反向
光电流虽然在实验中较显著，但它服从一定规律，据此来确定截止电压值，
可采用拐点法和补偿法。
（1）拐点法
光电管阳极反向光电流虽然较大，但在结构设计上，若使反向光电流能
较快地饱和，则伏安特性曲线在反向电流进入饱和段后有着明显的拐点，如
下图所示，此拐点的电位差aU即为截止电压。
()ijijeUUh
3
（2）补偿法
由于本实验仪器的特点，在测量各谱线的截止电压Ua时，可不用难于操
作的“拐点法”，而用“补偿法”。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I为电压接近遏止电压时的暗电
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I，将此
时对应的电压UAK的绝对值作为截止电压Ua。此法可补偿暗电流和本底电流
对测量结果的影响。
对于测量所得到的实验数据，可用以下三种方法来处理以得出-U直线
的斜率k，来进一步得出普朗克常数h。
（1）线性回归法
根据线性回归理论，-U直线的斜率k的最佳拟合值为
2
2
aa
UUk
，其中
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Ua的平均值,
11naiiiUUn
表示频率与截止电压Ua的乘积的平均值。
（2）逐差法
根据aiajaiijUUUk，可用逐差法从数据中求出一个或多个ki，
将其平均值作为所求k的数值。
（3）作图法
可用数据在坐标纸上作Ua-直线，由图求出直线斜率k。
由以上三种方法求出直线斜率k后，可用h=ek求出普朗克常数，并与h
的公认值h0比较求出百分偏差：00hhh，式中电子电荷量
11niin
22
11niin
11naaii
UU
n
4
-9
1.60210eC
，-3406.62610hJs。
教学重点与
难点
重点：1. 根据实验要求正确操作计算机，正确连接电路；
2. 掌握光电效应原理与测量普朗克常量的方法。
难点：仿真软件的使用。
实验内容
提要
1．连接电路
根据测量光电管正向特性的电路图将实验电路接好；根据测量光电管反
向特性的电路图将实验电路接好。
线路连接好后，鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查。若连线正
确，就可以正式开始实验，否则需要继续连线。
2．调整仪器
通过接线检查后，双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。
（1）检流计的调零。
（2）临界电阻箱的调节。
（3）调节单色仪，得到合适波长的单色光，实验中将用到5770埃、5461
埃、4358埃、4047埃四种波长的单色光。
测量与数据处理要求 1. 线路连接时应认真仔细； 2. 分别对四种波长的光进行实验，得到光电管在各种波长的单色光照射下的正向、反向电压特性，一共八组数据，记录在表格中；
3. 作出伏安特性曲线；
4. 根据伏安特性曲线确定截止电压值，计算普朗克常数值。用线性回归法
计算光电管阴极材料的红限值，逸出功及普朗克常数值。
思考题
1. 什么是截止频率，什么是截止电压，什么是光电管伏安特性曲线？
2. 如何通过光电效应测普朗克常数？
3. 能否根据实验数据得到阴极材料的逸出功A？
4. 影响测量结果的主要因素是什么？
参考资料
《大学物理实验》—— 马靖 马宋设 施洋主编
《大学物理实验指导》—— 丁道滢 陈之前编
《物理实验教程》——丁慎训 张连芳主编
《大学物理实验》—— 霍剑青 吴泳华等主编
评分标准
一、预习及操作评分标准
85 — 95分
1.预习充分；
2.实验时能脱离讲义或稍看讲义, 独立完成;
3.电路连接及参数设置快且准确;
4.截止电压数据读取快速并且准确合理;
5
5.读数(有效数字、单位)记录正确，作图标准。
75 — 84分
1.预习较充分;
2.实验时对照讲义后能独立完成;
3.电路连接及参数设置准确；
4.截止电压数据读取准确合理;
5.读数的有效数字和作图要提醒。
60 — 74分
1.有预习，但效果一般;
2.边看讲义边实验, 虽然按时完成, 但有依赖性;
3.电路连接及参数设置需要老师指导完成;
4.截止电压数据读取不够合理准确；
5.读数的有效数字和作图要指导。
<60分
1. 无预习；
2.弄虚作假;
3.在规定时间内未完成实验要求。
符合2，3其中一条, 操作成绩不及格。
二、实验报告评分标准
1. 实验目的（5分）
2. 实验仪器（5分）
3. 实验原理（共10分）
公式及描述：5分
原理图：5分
4. 数据处理（共80分）
截止电压值：5×4=20分
a
U
图：30分（其中：坐标5分，单位5分，有效数字5分，描
点5分，连线5分，A、B点坐标5分）
数据结果：5×4=20分
思考题：10分（其中：拐点取错5分，作图错误5分）
