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ZKY-GD-3

光电效应(普朗克常数)实验仪

实验指导及操作说明书

成 都 世 纪 中 科 仪 器 有 限 公 司

地址：成都市人民南路四段九号中科院成都分院 邮编：610041 电话：（028）85247006 85243932 传真：（028）85247006 网址；WWW.ZKY.Cn E-mail: ZKY@ZKY.Cn

世纪中科 第1页

ZKY-GD-3光电效应(普朗克常数)实验仪技术参数

1．微电流放大器：

电流测量范围：10-8~10-13 A，分6档。

零漂：开机20分钟后，30分钟内不大于满度读数的±0.2%（10-13A档） 2．光电管工作电源：

电压调节范围：-2~0V, -2~+30V, 分2档，三位半数显。 稳定度≤0.1% 3．光电管：

光谱响应范围：300—700nm 最小阴极灵敏度≥1μA/Lm 阳极： 镍圈

暗电流：I≤2×10-12 A（-2V≤UAK≤0V） 4．滤光片组：

5组：中心波长365.0，404.7，435.8，546.1，577.0nm 5．汞灯：

可用谱线365.0nm、404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm

ZKY-GD-3 光电效应（普朗克常数）简介

一、仪器主要结构特点：

1．在微电流测量中采用高精度集成电路构成电流放大器。对测量回路而言，放大器近似于理想电流表，对测量回路无影响。由于精心设计，精心选择元器件，精心制作，使电流放大器达到高灵敏度（10-8-10-13 A分6挡，），高稳定性（零漂小于满刻度0.2%），使测量准确度大大提高。

2．采用了新型结构的光电管。由于其特殊结构使光不能直接照射到阳极，由阴极反射照到阳极的光也很少，加上采用新型的阴、阳极材料及制造工艺，使得阳极反向电流大大降低，暗电流水平也很低。

3．设计制作了一组高性能的滤色片。保证了在测量某一谱线时无其余谱线的干扰，避免了谱线相互干扰带来的测量误差。 二、仪器使用特点：

1．由于仪器的稳定性好且无谱线之间的相互干扰，测出的I-U特性曲线平滑，重复性好。 2．在测量各谱线的截止电压U0时，可不用难于操作的“拐点法”，而用“零电流法”或“补偿法”。 零电流法是直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压UAK作为截止电压U0。此法的前提是阳极反向电流、暗电流和杂散光产生的电流都很小，用零电流法测得的截止电压与真实值相差很小，且各谱线的截止电压都相差ΔU对U0-?曲线的斜率无大的影响，因此对h的测量不会产生大的影响。

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I1为电压接近截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UAK使电流值至I1，将此时对应的电压UAK作为截止电压U0。此法可补偿暗电流和杂散光产生的电流对测量结果的影响。 3．使用我们的仪器，采用上述测量方法，不但使得U0的测量快速，重复性好，而且据此计算出的h误差小于5%。

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光电效应和普朗克常数的测定

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。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。

自古以来，人们就试图解释光是什么，到17世纪，研究光的反射，折射，成像等规律的几何光学基本确立。牛顿等人在研究几何光学现象的同时，根据光的直线传播性，认为光是一种微粒流，微粒从光源飞出来，在均匀物质内以力学规律作匀速直线运动。微粒流学说很自然的解释了光的直线传播等性质，在17，18世纪的学术界占有主导地位，但在解释牛顿环等光的干涉现象时遇到了困难。

惠更斯等人在17世纪就提出了光的波动学说，认为光是以波的方式产生和传播的，但早期的波动理论缺乏数学基础，很不完善，没有得到重视。19世纪初，托马斯.杨发展了惠更斯的波动理论，成功的解释了干涉现象，并提出了著名的杨氏双缝干涉实验，为波动学说提供了很好的证据。1818年，年仅30岁的菲涅耳在法国科学院关于光的衍射问题的一次悬奖征文活动中，从光是横波的观点出发，圆满的解释了光的偏振，并以严密的数学推理，定量的计算了光通过圆孔，圆板等形状的障碍物所产生的衍射花纹，推出的结果与实验符合得很好，使评奖委员会大为叹服，荣获了这一届的科学奖，波动学说逐步为人们所接受。1856-1865年，麦克斯韦建立了电磁场理论，指出光是一种电磁波，光的波动理论得到确立。

19世纪末，物理学已经有了相当的发展，在力、热、电、光等领域，都已经建立了完整的理论体系，在应用上也取得巨大成果。就当物理学家普遍认为物理学发展已经到顶时，从实验上陆续出现了一系列重大发现，揭开了现代物理学革命的序幕，光电效应实验在其中起了重要的作用。

1887年赫兹在用两套电极做电磁波的发射与接收的实验中，发现当紫外光照射到接收电极的负极时，接收电极间更易于产生放电，赫兹的发现吸引许多人去做这方面的研究工作。斯托列托夫发现负电极在光的照射下会放出带负电的粒子，形成光电流，光电流的大小与入射光强度成正比，光电流实际是在照射开始时立即产生，无需时间上的积累。1899年，汤姆逊测定了光电流的荷质比，证明光电流是阴极在光照射下发射出的电子流。赫兹的助手勒纳德从1889年就从事光电效应的研究工作，1900年，他用在阴阳极间加反向电压的方法研究电子逸出金属表面的最大速度，发现光源和阴极材料都对截止电压有影响，但光的强度对截止电压无影响，电子逸出金属表面的最大速度与光强无关，这是勒纳德的新发现，勒纳德因在这方面的工作获得1905年的诺贝尔物理奖。

光电效应的实验规律与经典的电磁理论是矛盾的，按经典理论，电磁波的能量是连续的，电子接受光的能量获得动能，应该是光越强，能量越大，电子的初速度越大；实验结果是电子的初速与光强无关；按经典理论，只要有足够的光强和照射时间，电子就应该获得足够的能量逸出金属表面，与光波频率无关；实验事实是对于一定的金属，当光波频率高于某一值时，金属一经照射，立即有光电子产生；当光波频率低于该值时，无论光强多强，照射时间多长，都不会有光电子产生。光电效应使经典的电磁理论陷入困境，包括勒纳德在内的许多物理学家，提出了种种假设，企图在不违反经典理论的前提下，对上述实验事实作出解释，但都过于牵强附会，经不起推理和实践的检验。

1900年，普朗克在研究黑体辐射问题时，先提出了一个符合实验结果的经验公式，为了从理论上推导出这一公式，他采用了玻尔兹曼的统计方法，假定黑体内的能量是由不连续的能量子构成，能量子的能量为h?。能量子的假说具有划时代的意义，但是无论是普朗克本人还是他的许多同时代人当时对这一点都没有充分认识。爱因斯坦以他惊人的洞察力，最先认识到量子假说的伟大意义并予以发展，1905年，在其著名论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》中写道：“在我看来，如果假定光的能量在空间的分布是不连续的，就可以更好的理解黑体辐射，光致发光，光电效应以及其它有关光的产生和转化的现象的各种观察结果。根据这一假设，从光源发射出来的光能在传播中将不是连续分布在越来越大的空间之中，而是由一个数目有限的局限于空间各点的光量子组成，

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