综合设计型实验小论文
一：普朗克常量的测定
二：光学平台自组实验系统——自组望远镜 三：双棱镜测钠光波长
摘要
本文介绍了大学物理实验中常用的光电效应测普朗克常量实验的基本原理及实验操作过程，验证了爱因斯坦光电效应方程并测量了普朗克常量、测定望远镜放大率、用双棱镜粗略地测定钠光的波长，通过对实验得出的数据仔细分析比较，探讨了误差现象及其产生的原因，根据实验过程中得到的体会和思索，提出了一些改进实验仪器和条件的设想。
关键词
光电效应、普朗克常量、光电流、望远镜、放大率、双棱镜、钠光、波长
实验一普朗克常量的测定 【实验目的】
1、通过实验加深对光的量子性的了解；
2、通过实验电管的弱电流特性，找出不同光频率下的遏止电压； 3、验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常数； 【实验仪器和用具】
汞灯，干涉滤光片，普朗克常数测定仪 【实验原理】
光电效应是电磁波理论所无法解释的。1905年爱因斯坦依照普朗克常量的量子假设，提出了关于光的本性的光子假说：当光与物质相互作用时，其能流集中在一些叫光子的粒子上，每个光子都具有能量h?，其中h是普朗克常数，?是光的频率。当金属中的自由电子从入射光中吸收一个光子的能量h?时，一部分消耗于电子从金属表面溢出所需要的逸出功W，其余转变为电子的动能。根据能量守恒有：
12h??mVm?W
2
上式称为爱因斯坦方程，其中m是光电子质量，Vm是光电子离开金属表面时的最大速度。
如图(1)所示，是研究光电效应的一种简单实验装置，在光电管的阳极A和阴极K之间加上直流电压U.当用单色光照射阴极K时，阴极上就会有光电子逸出，它们将在加速电场的作用下飞向阳极A而形成电流I，称为光电流。光电效应具有下列几个规律：
(1)饱和光电流强度Is 与入射光强成正比
若用一定频率和强度的单色光照射阴极K，改变加在A和K两极的电压U，测量光电流I的变化，则可得到如图(2)所示。实验表明，光电流I随着正向 电压U的增大而增大，并逐渐趋于饱和值Is；而且，饱和电流的大小与入射光强成正比。
(2) 光电子的最大动能随入射光频率的增加而增加，与入射光强无关。 如图(3)所示，当A和K两极电压为零时，光电流不为零；只有当两极间加了反向电压U??Us?0时，光电流I才为零，Us称为截止电压。当U?0时两
IS
US2? US3 ?US1?
极间没有外加电场，有光电子具有足够的动能从阴极飞到阳极，从而形成光电流；只有当加一个反向电压，并且足够大以至于等于-Us时，就是那些具有最大初动能的光电子，也必须将其初动能全部用于克服外电场力做功，从而在外电场的作用下刚刚到达阳极，就返回阴极，使其在回路中不形成光电流，因此有
12eU?mVsm
2(3)红限频率
当入射光频率逐渐增大时，截止电压将随之线性地增加；而且当入射光频率小于某值，截止电压为零，这一频率称为截止频率或红限频率，红限频率与阴极材料有关。
爱因斯坦方程可以很好的解释这一现象，UshW Us???
ee??的关系可表示如下：
阴极材料的逸出功W越大，红限频率越高，即要求入射光子的能量越大。入射光频率越高，光电子的动能越大，需要的反向截止电压越高，而且反向截止电压与入射光频率成线性关系，直线的斜率是普朗克常量与电子电量之比。 【实验步骤 】
用WD-Ⅱ型光电效应测试仪，验证爱因斯坦光电效应方程和测定普朗克常
量，设计以下实验步骤。
(1)连接仪器。根据电路图(1)，将光电效应实验仪用相关导线正确连接，接上电源。
(2)不开汞灯。打开测试仪电源，先调零，调满偏，在每次换挡要调零。实验前、后要用遮光盖将光电管的进光孔盖住，实验中要换滤色片时将遮光盖盖住汞灯出光处；
(3)测暗电流的U-v关系。
用遮光盖盖住光电管，只开测试仪，在无光照情况下，调节电压旋钮，使在-2.0—0.5V，测出相应的频率。
(4)测本底电流的U-v关系。
罩住再开汞灯，开测试仪，分别用??405nm、436nm、365nm、546nm、577nm滤色片罩住光电管，在室内杂散光照射下，调-2.0—0.5V，测出相应的v的大小。
(5)测光电管在不同滤色片时(即不同频率的光照射下)产生的光频率的大小。
打开汞灯，分别用波长为365nm、405nm、436nm、546nm、577nm的滤色片罩在光电管进光孔口上，调节电压-2.0—0.5V，测量相应的光电流大小，测时可先
测出I?0时的截止电压US。
(6) 测光电流的大小与光强的关系。 分别选用??436nm、365nm、405nm、546nm、577nm的滤色片，再分别用
??5mm、8mm、10mm、12mm、14mm、17mm的光阑，调节电压范围，测出U-v图像。
【实验结果和分析】 1．数据记录及处理 电 365 波长 v （ ） 光阑 （ m） m 压 （ 405 436 546 577 5 -1.85 8 -1.85 10 -1.86 12 -1.84 14 -1.82 17 -1.80 2. 实验图像
-1.41 -1.41 -1.43 -1.42 -1.40 -1.39 -1.24 -1.24 -1.24 -1.24 -1.22 -1.20 -0.67 -0.67 -0.67 -0.67 -0.66 -0.66 -0.55 -0.56 -0.57 -0.57 -0.57 -0.57