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实验33 普朗克常量的测定
[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.
3、测量光电管的伏安特性曲线，验证饱和光电流和入射光通量成正比. 4、测定普朗克常量.
血浆分离器[原理]
在实验30中，已初步研究了光电效应开关量信号
的基本规律、真空式光电管的伏安特性和光
照特性.图33-1是研究光电效应实验规律和
测量普朗克常量h 的实验原理图.图中A 、K
组成抽成真空的光电管，A 为阳极，K 为阴
极.当一定频率ν的光射到金属材料做成的
阴极K 上，就有光电子逸出金属.若在A 、K
地运动到A ，在回路中形成光电流I .
1905年爱因斯坦提出了光量子理论， 图33-1 光电效应实验原理图 按照光量子理论和能量守恒定律，他得出了著名的光电效应方程：
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1mv =h ν-W （33-1） 即金属中的自由电子，从入射光中吸收一个光子的能量h ν，克服了电子从金属表面逸出时所需的逸出功W 后，逸出金属表面，具有初动能2
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mv .由式(33-1)可知，要能够产生光电效应，需221mv ＞0，即ν-h W ＞0，ν＞W h ，而W h
就是截止频率0ν. 由 2012
ν==-eU mv h W ，可得
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00ννν=-=-h W h h U e e e e
（33-2） 即：以不同频率ν的光照射同一只光电管的阴极
时，所测得的0U ～ν关系为线性关系，如图32-2
所示.实验时，测出不同频率ν的光入射时的遏止
电压0U ，作0U ～ν曲线，可得一直线.从直线斜率h e
中可求出普朗克常量h ；从直线与横坐标轴的交点可求出阴极金属的截止频率0ν；从直线与纵坐标轴的交点⎛⎫- ⎪⎝⎭
W e ，可求出阴极金属的逸出电势功W .式(33-2)中e 为电子电量. 图32-2 0U ～ν关系曲线
[装置介绍]
natr-241
本实验采用LB-PH3A 光电效应（普朗克常量）实验仪.实验仪由汞灯及电源、滤片、光阑、光电管、测试仪（含光电管和微电流放大器）构成，实验仪结构如图33-3所示，测试仪的调节面板如图33-4所示.
图33-3 LB-PH3A 光电效应（普朗克常量）实验仪结构图 1.汞灯 2.刻度尺 3.滤片与光阑 4.光电管
图33-4 测试仪的调节面板图
[实验内容]
（一）准备工作
将测试仪及汞灯电源接通，预热20min.把汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上，将汞灯暗箱的光输出口对准光电管暗箱的光输入口，调整汞灯光电管于汞灯距离约30cm处并保持不变.用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与测试仪电压输出端（后面板上）连接起来（红-红，黑-黑）.
仪器在充分预热后，进行测试前调零：先将测试仪与光电管断开，在无光电流输入
10-挡，旋转“电流调零”旋钮使电流指示的情况下，将“电流量程”选择开关置于13
为“0000”.
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.
（二）测量光电管的伏安特性曲线
光电管暗箱的光输入口装435.8nm滤光片和2mm光阑，先将电压选择按键置于-2V
10-挡，缓慢调节电压旋钮，令电压输出值缓慢由-2V 挡，将“电流量程”选择开关置于13
增加到0V，在-2V到0V之间每隔0.2V记一个电流值，再将电压选择按键置于+20V挡,
10-挡，在0V到20V之间每隔2V记一个电流值.将对应将“电流量程”选择开关置于11
的电压、电流值记录在表33-1中.利用表33-1中的数据在坐标纸上作伏安特性曲线.
（三）验证饱和电流与入射光通量成正比
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确定汞灯与光电管之间的距离L （记录其数值）, 将电压选择按键置于+20V 挡，将“电流量程”选择开关置于1110-挡，在光电管两端的电压AK U 为20V 时（这时认为光电管中的电流已达到最大值，即为饱和电流m I ），依次换上365.0nm 、404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、578.0nm 的滤片，改变光阑孔径φ（分别为：2mm ，4mm ，8mm ），记录对应的饱和光电流m I 于表33-2中.
由于照到光电管上的光强与光阑面积成正比，用表33-2的数据验证光电管的饱和电流与入射光通量成正比.
（四）普朗克常量的测定
消防正压送风口
测出不同频率ν的光入射时的遏止电压0U ，作出0U ～ν关系曲线，从直线斜率k =h e
求出普朗克常量h . 理论上，测出在不同频率的光照射下阴极电流为零时对应的AK U ，其绝对值即为该频率的遏止电压，然而实际上由于光电管的阳极反向电流、暗电流、本底电流及极间接触电位差的影响，实测电流并非阴极电流，实测电流为零时对应的AK U 也并非遏止电压.当分别用不同频率的入射光照射光电管
时，实际测得光电效应的伏安特性曲线
伺服缸
如图33-5所示.实测光电流曲线上的每
一个点的电流为正向光电流、反向光电
透气盖流、本底电流和暗电流的代数和，致使
光电流的遏止电压点也从0U 下移到0
U '点.它不是光电流为零的点，而是光电效
应的伏安特性曲线中直线部分抬头和曲
线部分相接处的点，称为“抬头点”.
“抬头点”所对应的电压相当于遏止电
压0U .据此，确定遏止电压可采取以下
三种方法：
图33-5 光电效应的伏安特性曲线 1.理想曲线 2.实测曲线
290 1.拐点法： 以“抬头点”所对应的电压为遏止电压0U .
2.交点法（零电流法）： 以实测曲线与U 轴交点（光电流为零）对应的电压AK U 为遏止电压0U .
3.补偿法：此法可以补偿暗电流和杂散光产生的电流对测量结果的影响.
本实验仪器采用了新型结构的光电管，光电管的阳极反向电流、暗电流、本底电流水平很低，因此本实验采用交点法（零电流法）或补偿法.
交点法（零电流法）测量步骤：将电压选择按键置于-2V 挡, 将“电流量程”选择开关置于1310-挡，将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上；调到直径4mm 的光阑及365.0nm 的滤片.从低到高调节电压，测量光电流为零时该波长的光所对应的0U ，并将数据取绝对值记录在表33-3中.依次换上404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、578.0nm 的滤片，重复以上测量步骤.
补偿法测量步骤：将电压选择按键置于-2V 挡, 将“电流量程”选择开关置于1310-挡，将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上；调到直径4mm 的光阑及365.0nm 的滤片.从低到高调节电压AK U 使电流为零后，保持AK U 不变，遮挡汞灯光源，此时测得的电流1I 为电压接近遏止电压时的暗电流和杂散光产生的电流.重新让汞灯照射光电管，调节电压AK U 使电流至1I ，将此时对应的电压AK U 作为遏止电压0U ，并将数据取绝对值记录在表33-3中.依次换上404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 、578.0nm 的滤片，重复以上测量步骤.
作出0U ～ν直线，求出直线的斜率k ，利用h k e =
，求出普朗克常量h .与h 的公认值0h 比较，求出相对误差r E =
00h h h -. （公认值：191.60210
e -=⨯C ，340 6.62610h -=⨯Js ）
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