实验题目 ：光电效应法测普朗克常量 实验目的 ： 1.认识光电效应的基本规律；
2.用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特点曲线。
实验原理 ：当光照在物体上时， 光的能量仅部分地以热的形式被物体吸取，
而另一部分则转
逸出的电子称
换为物体中某些电子的能量， 使电子逸出物体表面， 这种现象称为光电效应，
为光电子。 在光电效应中，光显示出它的粒子性质，因此这种现象对认识光的本性，拥有极 其重要的意义。
光电效应实验原理如图
8.2.1-1 所示。
1．
光电流与入射光强度的关系
光电流随加速电位差
U 的增加而增加，加速电位差增加到必然量值后，光电流达到饱
U= U A -UK 变成负值时，
和值和值 I H，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率没关。当
光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差 为零。 2．
光电子的初动能与入射频率之间的关系
U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流
光电子从阴极逸出时，拥有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由
A 极运动。当 U=U a 时，光电子不再能达到 服电场力作用的功。即
K 极向
A 极，光电流为零。因此电子的初动能等于它克
1
mv2 eU a
光是一粒一粒运动着的粒子流，
（ 1）
2
依照爱因斯坦关于光的本性的假设，
子。每一光子的能量为
这些光粒子称为光
hv ，其中 h 为普朗克常量， ν为光波的频率。因此不同样频率的光
hν此后，一部分耗资于战胜电子的逸出
波对应光子的能量不同样。光电子吸取了光子的能量
功 A ，另一部分变换为电子动能。由能量守恒定律可知
hv
1
mv2 A
（ 2）
2
光电效应法测普朗克常量实验报告总结计划
式（ 2）称 因斯坦光 效 方程。
由此可 ，光 子的初 能与入射光 率
3．
光 效 有光 存在 指出， 当光的 率 v
据式（ 2）， v0
ν呈 性关系，而与入射光的 度没关。
v0 ，不 用多 的光照射到物 都不会 生光 效 ，
根
A
h
， ν0称 限。
因斯坦光 效 方程同 供应了 普朗克常量的一种方法：由式（ 1）和（ 2）可得：
hv eU 0 A
，当用不同样 率（ ν
1，ν，ν，23 ⋯， ν）的 色光分 做光源 ，就有n
hv1 eU 1 A hv2
⋯⋯⋯⋯
eU 2 A
hvn eU n
任意 立其中两个方程即可获得
A
h
e(U i
U j )
vi
vj
（ 3）
由此若 定了两个不同样 率的 色光所 的遏止 位差即可算出普朗克常量 ν-U 直 的斜率求出
h，也可由
h。
得光 管的伏安特点
因此，用光 效 方法 量普朗克常量的关 在于 得 色光、
曲 和确定遏止 位差 。
中， 色光可由水 灯光源 色 生。
表
波 /nm 579.0 577.0 546.1 435.8 404.7 365.0
可 光区汞灯 率 /1014Hz
5.179 5.198 5.492 6.882 7.410 8.216
色 黄 黄
紫 近紫外
光电效应法测普朗克常量实验报告总结计划
为了获得正确的遏止电位差值，本实验用的光电管应该具备以下条件：
（ 1） 对所有可见光谱都比较矫捷。
（ 2） 阳极包围阴极，这样当阳极为负电位时，大部分光电子还可以射到阳极。
（ 3） 阳极没有光电效应，不会产生反向电流。
（ 4） 暗电流很小。
但是实质使用的真空型光电管其实不完好满足以上条件。
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）
，因此测得的电流值，实质上包括上述两种电流
U 轴相切。由于暗电
和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分，因此伏安曲线其实不与
流是由阴极的热电子发射及光电管管壳漏电等原因产生，
与阴极正向光电流对照， 其值很小，
且基本上随电位差
U 呈线性变化，因此可忽略其对遏止电位差的影响。阳极反向光电流虽
然在实验中较明显，但它遵从必然规律。据此，确定遏止电位差值，可采用以下两种方法：
（1）
交点法
光电管阳极用逸出功较大的资料制作，
制作过程中尽量防范阴极资料蒸发， 实验前对光
这样可使
电管阳极通电， 减少其上溅射的阴极资料， 实验中防范入射光直接照射到阳极上，
它的反向电流大大减少，其伏安特点曲线与图
8.2.1-2 十分凑近，因此曲线与 U 轴交点的电
位差值近似等于遏止电位差
Ua，此即交点法。
（2）
拐点法
光电管阳极反向光电流诚然较大，
但在结构设计上， 若使反向光电流能较快地饱和， 则伏安
特点曲线在反向电流进入饱和段后有着明显的拐点，如图 8.2.1-3 所示，此拐点的电位差即为遏止电位差。
实验内容：
光电效应法测普朗克常量实验报告总结计划
经过实验认识光电效应的基本规律，并用光电效应法测量普朗克常量。
1. 在光电管入光口装上
365nm滤光片， 电压为 -3V ，调整光源和光电管之间的距离， 直到光
电流为 -0.3
，固定此距离，不需再变动。
2. 分别测 365nm， 405nm,546nm,577nm 的 V-I 特点曲线，从 -3V 到 25V，拐点处测量尽量小 。
3. 装上 577nm滤色片 , 在光源窗口分别装上透光率为 量饱和光电流 I m和照射光强度的关系
25%,50%,75%的遮光片 , 加 20V 电压 , 测
, 作出 I m～光强曲线。
U/V I/
U/V I/
U/V I/
U/V I/
U/V I/
U/V I/
U/V I/
U/V I/
U/V I/
U/V I/
U/V I/
U/V I/
U/V 4. 做 Ua— V 关系曲线，计算红限频率和普朗克常数
h, 与标准值进行比较。
：
-3.00 -2.00 -1.40 -1.30
-1.25
-1.21
-1.19
-1.15
-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.1 0.1-0.95 -0.90
-0.80
-0.50
-0.20
0.20 1.00 2.000.5 0.6 0.8 1.6 2.9 5.0 7.6 9.210.0 12.5 15.0 17.0 20.0 22.0 25.0 12.0 12.3 12.3 12.5 12.7
12.8 12.9
表一： 365nm 光下电压和光电流
-3.00 -2.50 -2.00 -1.20 -1.10 -1.03
-1.00
-0.90
-0.1 -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 0.0 0.0 0.0-0.64
-0.52
-0.33
-0.10
0.00 0.30 0.50 0.980.4 0.8 1.6 2.8 3.4 4.7 5.4 6.62.35 2.68 3.00 5.0 6.5 7.5 10.0 14.58.4
8.6
8.7 9.4 9.6 9.7 9.9
10.0
表二： 405nm 光下电压和光电流
-3.00 -2.00 -1.50 -1.00 -0.90
-0.80
-0.77
-0.75
-0.1 -0.1 -0.1 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.0-0.65
-0.60
-0.54
-0.50
-0.43
-0.33
-0.22
-0.10
0.2 0.3 0.4 0.5 0.8 1.2 1.8 2.51.70 1.90 2.30 2.60 3.00 5.0 7.5 10.07.7
8.0
8.4 8.6 8.9 9.6 9.9
10.0
表三： 436nm 光下电压和光电流
-3.00 -1.80 -1.40 -1.30
-1.10
-0.90
-0.60
-0.56
-0.1 -0.1 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0-0.30
-0.20
0.00 0.20 0.50 0.80 1.00 1.300.8 1.4 2.4 3.4 4.5 5.3 5.8 6.42.40 2.60 3.00 5.0 7.0 9.0 11.0 13.57.9 8.1 8.2 9.4 9.8 9.9 10.1 10.2表四： 546nm 光下电压和光电流
-3.00 -2.00 -1.50 -1.00 -0.80 -0.60 -0.56 -0.50 -1.10
0.23.0010.1-0.80
0.11.397.317.010.1-0.73
0.10.003.015.010.2-0.50
0.01.506.715.010.3-0.46 -1.05
0.35.011.3-0.78 0.21.717.725.010.3-0.70
0.10.695.920.010.3-0.48
0.11.807.120.010.4-0.41 -1.000.48.011.9-0.700.32.008.1-0.680.11.407.325.010.5-0.420.22.007.425.010.5-0.38
实验数据与数据办理
光电效应法测普朗克常量实验报告总结计划
I/
U/V I/
U/V I/
0.0 -0.34
0.3 1.40 4.1 0.0 -0.28
0.5 1.70 4.3
0.0 -0.20
0.8 2.00 4.6 0.0 -0.10
1.2 2.30 4.8 0.0 0.00 1.6 3.00 5.0 0.0 0.10 2.0 5.0 5.4 0.0 0.30 2.6 7.0 5.5 0.0 0.50 2.9 12.5 5.7
0.0 0.70 3.3 19.0 5.8 0.1 0.90 3.6 20.0 5.8 0.2 1.10 3.8 25.0 5.8
表五： 577nm 光下电压和光电流
100%
75%
50%
25%
透光率 I/
0%
5.9 4.7 3.0 1.7 0.0
577nm 光下） 表六：在不同样透光率下的饱和光电流（
I/10^-6A
Smoothed Y 2
14
12
10
A
6
-
^ 0 1 / I
8 6 4 2 0
图一： 365nm 光下光电管的伏安特点曲线
0 5 10 15 20 25
Ua=-1.17V
U/V
I/10^-6A
Smoothed Y1
10
8
A
6
-
^ 0 1 / I
6
图二： 405nm 光下光电管的伏安特点曲线
4
2
0
0 5 10 15 20 25
U/V
光电效应法测普朗克常量实验报告总结计划
Ua=-0.89V
I/10^-6A
Smoothed Y1
10
8
A
6
-
6
^
0
1 /
图三： 436nm 光下光电管的伏安
特点曲线
4 2
I
0
0
5
10
15
20
25
U/V
Ua=-0.72V
I/10^-6A
Smoothed Y1
10
8
A
6
6
图四： 546nm 光下光电管的伏安
-
1
^
/
特点曲线
4
0
I
2
0
0
5
10
15
20
25
U/V
光电效应法测普朗克常量实验报告总结计划
Ua=-0.22V
6
4
I/10^-6A
Smoothed Y1
图五： 546nm 光下光电管的伏安
A
6
-
特点曲线
^
0 1 /
I
2
0
0
5
10
15
U/V
Ua=-0.15V
做 Ua— v 关系曲线，计算红限频率和普朗克常数
20 25
h, 与标准值进行比较。
8.50E+14
y = 3E+14x + 5E+14
8.00E+14 7.50E+14 7.00E+14
R2 = 0.9993
6.50E+14 6.00E+14 5.50E+14 5.00E+14
0.1
系列1
线性 ( 系列 1)
0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3
光电效应法测普朗克常量实验报告总结计划
h A
ek 3.00
10 15 1.60
1019J s
4.80 10 34 J
s
5.00 1014 Hz
6.63
h%
4.80
6.63 1 r
2
27 .60%
R sk k
0.996
1 / n 2
0.052
B 2
U
0.997
4.80 10
34
u A2
( K p
C
)
0.052
2
(3
0.1
3
) 2 J s 0.54 10 34 J s
因此普朗克常量的最后表达式为：
h
h U 0.997 (4.80
0.54) 10 34J s, P
0.997
由于本实验的仪器不精确及人的读数误差，及实验自己原理以致的误差及当时实验环境影响
。因此实验存在较大误差。但在必然误差范围内，可以认为本实验的结果可信。
光饱和电流和光强度的关系
7.0 6.0 流 5.0
电 4.0光
和 3.0
I/10^-6A
饱
2.0
1.0
0.0
0%
20%
40%
60% 透光率
从上图看出，在误差范围内，光饱和电流和光强度成正比率关系。
80% 100% 120%
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