（岳晨涛，61313113，吴健雄学院，东南大学，南京，指导老师：李剑）
摘要：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。本实验利用高压汞灯及电源、滤光片、光阑、光电管和测试仪测量了相同孔径不同波长的入射光的截止电压，通过图像法测得普朗克常量。另外，实验还研究了在特定波长下的光电管的伏安特性曲线；以及同一种入射光在距离 d 不同下的光电管的伏安特性曲线。 1.引言
z11硅钢片1887年物理学家赫兹用实验验证电磁波的存在时发现了这一现象，但是这一实验现象无法用当时人们所熟知的电磁波理论加以解释。
1905年，爱因斯坦大胆地把普朗克在进行黑体辐射研究过程中提出的辐射能量不连续观点应用于光辐射，提出“光量子”概念，从而成功地解释了光电效应现象。1916年密立根通过光电效应对普朗克常数的精确测量，证实了爱因斯坦方程的正确性，并精确地测出了普朗克常数。爱因斯坦与密立根都因光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。
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。随着科学技术的发展，光电效应已广泛用于工农业生产、国防和许多科技领域。利用光电效应制成的光电器件，如光电管、光电池、光电倍增管等，已成为生产和科研中不可缺少的器件。
分数的基本性质教学设计2.实验原理
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。对光电效应的实验工作累积的基本实验事实有如下：(1)对一定的频率，有一电压U0，当U a≦U0时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压U0，被称为截止电压。(2)当U a≧U0后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流I m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。(4)当入射光频率低于某极限值v0（v0随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时
间多长，都没有光电流产生。 (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 v 0 ，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为10−9 秒的数量级。
爱因斯坦在解释光电效应的规律是突破了经典物理的能量连续分布的观念，提出了爱因斯坦光电方程：
式中，v 为入射光的频率，m 为电子的质量，υ为光电子逸出金属表面的初速度，W 为被光线照射的金属材料的逸出功，1
2mυ2为从金属逸出的光电子的最大
初动能。爱因斯坦光电方程很好的解释了上述的五条基本实验事实。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，光电流才为零，此时有关系：
eU 0=1
拟合优度2mυ2
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；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加U a 时I 不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流I M 的大小与入射光的强度P 成正比。 光子的能量hv 0<W 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（截止频率）是v 0=W/h 。 将(2)
式代入(1)式可得：
eU 0=ℎv −W （2）
(2)式能够改写为：
上式表明，截止电压U0和入射光频率v 是线性关系。只要分析实验关系曲线，便可求出普朗克常量h 和阴极材料的截止频率v 0。
3.实验仪器
实验主要采用ZKY —GD1 光电效应测试仪。光电效应试验仪由汞灯及电源、
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滤片、光阑、光电管、测试仪组成。示意图如下所示：
（3）
4.实验内容、结果与讨论
4.1实验内容
（1）实验前准备
将实验仪及汞灯电源接通（汞灯及光电管暗盒遮光盖盖上），预热20分钟。调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变。将“电流量程”选择开关置于所选档位，进行测试前调零。旋转“调零” 旋钮使电流指示为000.0。调节好后，用高频匹配电缆将电流输入连接起来，按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态。另外，在实验前应该调整好光路。
（2）用零电流法测定普朗克常数h
将直径4mm的光阑及365.0nm的滤片装在光电管暗盒光输入口上，打开汞灯遮光盖。此时电压表显示U AK的值，单位为伏；电流表显示与U AK对应的电流值I，单位为所选择的“电流量程”。用电压调节键→、←、↑、↓可调节U AK的值，→、←键用于选择调节位，↑、↓键用于调节值的大小。从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻电流为零时对应的U AK，以其绝对值作为该波长对应的U0的值，并将数据记录下来。为尽快到U0的值，调节时应从高位到低位，先确定高位的值，再顺次往低位调节。
依次换上365.0 nm，435.8 nm，546.1nm，404.7 nm的滤片，重复以上测量步骤。需要注意的是：先安装光阑及滤光片后打汞灯遮光盖；更换滤光片时需盖上汞灯遮光盖；每测量一组数据后重新进行调零。
（3）测光电管的伏安特性曲线：
将“伏安特性测试/截止电压测试” 状态键切换至伏安特性测试状态。“电流量程”开关应拨至10−10A档，并重新调零。保持光电管与汞灯的距离40mm，和入射光波长365.0mm不变。测伏安特性曲线可选用“手动/自动”两种模式之一，测量的最大范围为-1～50V。手动测量时每隔5V记录一组数据，自动测量时步长为1V。记录光阑分别为2mm、4mm、8mm时对应的实验数据，绘制伏安特性曲线，验
证光电管的饱和光电流与入射光强成正比。
另外，保持光阑分别为2mm 和入射光404.7nm 不变，调整光电管和汞灯的距离，选择合适的量程。用上面的方法测量数据并绘制伏安特性曲线。
4.2实验数据及其处理
4.2.1用零电流法测定普朗克常数h 实验数据如下：
在Origin8.0做出U0-v 关系曲线，并进行线性拟合，拟合曲线如下所示：
-0.6
-0.8-1.0-1.2-1.4-1.6-1.8-2.0
B
A
U0/V Hz
拟合所得的数据如下：
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所以，拟合曲线的斜率为：−0.39380×10−14
由（3）式可得：
h=ek=−1.6×10−19×−0.39380×10−14=6.3008×10−34
则本次试验测得的普朗克常数为：6.3008×10−34
查阅资料后发现，普朗克常数的标准值为：6.62606×10−34。与标准值相比，本次实验测得的普朗克常数偏小，但在误差允许的范围内。银蒿
4.2.2测光电管的伏安特性曲线：
（1）保持光电管与汞灯的距离40mm，和入射光波长365.0mm不变，记录光阑分别为2mm、4mm、8mm时对应的实验数据如下：
用origin8.0将三种情况下的伏安特性曲线在同一个坐标系下画出：
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