大学物理实验报告-348-普朗克常量的测定-样例-V1

大学物理#实验#第一部分（实验目的与原理）学部（院）文正学院姓名某某某学号1700000专业17应化实验日期2018/9/3成绩【实验名称】实验3.普朗克常量的测量【实验目的】1).通过实验加深对光的量子性的了解。2).通过光电管的弱电流特性，不同光频率下的遏止电压。3).理解用光电效应方法测量普朗克常量的原理。3).掌握测定普朗克常量的方法，以及相关操作和数据处理。【实验原理】1、光电效应与爱因斯坦方程用合适频率的光照射在某些金属面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念。爱因斯坦提出了著名的光电方程：式中，ν为入射光的频率，m为电子的质量，为光电子逸出金属表面的初速度，W为被光线照射的金属的逸出功，为从金属逸出的光电子最大动能。而h为普朗克常量，已知h为6.626-34J•s。2、测量原理图1为实验原理图。当频率为ν、强度为P的光束，射入抽真空的光电管阴极K上，会有电子溢出，就会产生阳极A和阴极K之间的电流。在A、K间加上电压，也会改变其中的电流。在特定光射入下，改变阳极A与阴板K之间的的电压，电流也会随之变化。当所加反向电压达到一定值时，光电流减小为零，此时的电压称为遏止电压或截止电压。Uk-I关系曲线见图2。图1图2光电子的初动能与光强无关，但与入射光的频率成线性关系。当光子频率ν>νo时，从阴极K出射的光电子具有一定的初速度.如果反向电压增大为Us时，则具有最大初速度％的光电子亦不能到达阳极A，光电流将减为零.显然，此时有:以及：若测出不同频率的光入射时的遏止电压Us后，作Us-ν曲线，可得一直线，直线的斜率为k，则普朗克常量h=ek。【实验仪器】智能光电效应(普朗克常数)实验装置由汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管实验仪等构成,如图3所示，其中实验仪面板见图4所示。图3图4【注意事项】1）按时进入实验室，交预习实验报告第一部分（实验目的与原理），在规定的签到表上签名（包括学号和姓名）。2）检查实验仪器设备，有问题及时报告指导老师。3）开始实验前，绘制好实验报告第二部分（实验）中的相关表格，以便在实验中进行数据记录。4）完成实验报告第二部分（实验记录）中实验数据后，需经指导老师审核通过后上交。5）实验操作结束后，请整理好相关实验仪器设备。6）离开实验室前，请做好实验桌面的清理工作，交将凳子放在桌子底下。大学物理实验报告第二部分（实验记录）学部（院）文正学院姓名某某某学号1700000专业17应化实验日期2018/9/3成绩【原始实验数据及实验现象记录】用光电效应方法测量普朗克常量的实验数据。记录5个入射波长对应的截止电压，每个波长测试3次，取平均值作为每个入射波长（频率）对应的截止电压Us。入射波长λ/nm365.0404.7435.8546.1577.0对应的频率ν/Hz8.213E+147.408E+146.879E+145.490E+145.196E+14截止电压1|Us1|/V1.7681.3981.1980.6300.506截止电压2|Us2|/V1.7601.3991.1990.6350.503截止电压3|Us3|/V1.7631.3951.1910.6290.501平均截止电压Us/V1.7641.3971.1960.6310.503（注：实验数据有效位数可取3-4位）数据记录（签名）：________________________数据审核（签名）：________________________=================附有关公式：入射波长与频率的关系：，其中，为频率，c为光速(c=299792458≈3.000+8m/s)，λ为波长。大学物理实验报告第三部分（实验方法与结果讨论）学部（院）文正学院姓名某某某学号1700000专业17应化实验日期2018/9/3成绩【实验方法及步骤】1).测试前准备将实验仪及汞灯电源接通(汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上)，预热20分钟。合上汞灯遮光盖。调整光电管与汞灯距离为约35cm并保持不变。"将"电流量程"选择开关置于10-13挡位，进行测试前调零。调零时应将光电管暗箱电流输出端K与实验仪微电流输入端（后面板上）断开，旋转“调零”旋钮使电流指示为000.0,调节好后，按“调零确认/系统清零”键。用高频匹配电缆将电流输入连接起来。2)测定普朗克常量按“伏安特性测试/截止电压测试”状态键，设置为“截止电压测试”状态；“手动/自动”模式设置为“手动模式”状态（对应指示式键处于灯亮）。将直径4mm的光阑及365.Onm的滤色片装在光电管暗箱光输人口上，打开汞灯遮光盖。通过调节电压调节按钮←↑→↓，使电流值回到0，则此时显示的电压Uak作为该波长对应的Us的值，单位为V。依次换上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.Onm的滤色片，重复以上测量步骤。对应的频率为8.213E+14、7.408E+14、6.879E+14、5.490E+14、5.196E+14。对每个波长光记录3次测得的截止电压，然后取平均值，作为不同频率下的截止电压。根据5个频率ν下对应的5个截止电压Us,通过作图法描绘图Us-ν关系曲线，找出相应的斜率k。也可采用EXCEL数SLOPE(),求出斜率k。根据普朗克常量计算公式：h=ek，可其中求出普朗克常量h。公式中的电子电荷量e为1.602-19C。3).计算普朗克常量的相对误差根据普朗克常量计算公式：h=ek，求出的h。h与公认的普朗克常量h06.626-34J•s进行比较，可得误差：【实验数据处理及实验结果】有关常量：名称单位数值光速cm/s2.998E+08电子电荷量eC1.602E-19普朗克常数h0J•s6.626E-34一组波长/频率与对应的截止电压（遏止电压）入射波长λ/nm365.0404.7435.8546.1577.0对应的频率ν/Hz8.213E+147.408E+146.879E+145.490E+145.196E+14平均截止电压Us/V1.7641.3971.1960.6310.503Us-ν关系曲线（见后页）斜率(A点和B点分别取频率为8.213E+14和5.196E+14对应的Us)采用EXCEL函数SLOPE(),通过5个点(ABCDE)的线性回归，求出斜率k为：计算普朗克常量计算误差：【问题讨论】1)光电流是否随光源的强度变化而变化？截止电压是否因光强不同而变化？答：在一定范围内光电流会随光源的强度变化。截止电压一般与频率有关，与光强没有关系。2)测量普朗克常数实验中有哪些误差来源？如何减少这些误差？答：系统误差（如仪器设备、连接线、调零操作等）和随机误差（如干扰、读数等）。3)在测量普朗克常量和金属材料的截止频率时，接好电流连接线调零与不接电流连接线调零有什么区别？答：接好电流连接线调零会受环境光干扰影响，调零不准。建议不接电流连接线进行调零。附：实验绘图用坐标纸本实验中Us-ν关系曲线应在下面的坐标纸上体现出来。并要求绘制者签名（包括班级、学号、姓名、组号和日期）