学术论文 - 光电效应测普朗克常数实验中的误差分析.pdfVIP

光电效应测普朗克常数实验中的误差分析 摘 要： 光电效应测普朗克常数是目前各高校必开的近代物理实验 之一， 通过该实验学生可以深入理解爱因斯坦光电方程以及物质的波粒 二象性和能噩交换噩子化的规律。 本文分析了利用光电效应实验仪， 采 用零电流法测贵不同频率入射光对应的截止电压，并通过对测噩结果进 行线性拟合得到普朗克常数。 文中从实验仪器自身、 实验操作步骤及数 据处理方法等三个方面分析了产生误差的原因。 关键词： 光电效应普朗克常数误差分析 一、 引言 1887 年德国物理学家赫兹在做电磁波实验时意外地观察到了光电效 应现象，即物质（主要是金属）在光的照射下释放电子的现象。 1905 年， 爱因斯坦引入光盘子理论， 并给出了光电效应方程， 成功地解释了光电 效应的全部实验规律。目前人们已经根据光电效应原理制成了光电管、 光电池、 光电倍增管等光电元器件， 并且还在不断开辟新的应用领域， 因此光电效应实验和光盘子论在物理学的发展中具有深远的意义。 普朗克常数（公认h=6. 626 0 693 X 10-34) 是自然界中一个很重要 的普适常数， 它联系着微观世界普遍存在的波粒二象性和能盎交换噩子 化的规律，利用光电效应测盘普朗克常数是各高校必开的近代物理实验 之一[1-3] 。 目前大多数院校使用 ZKY-GD-4 智能光电效应（普朗克常数） 实验仪，采用零点法测盘不同频率入射光对应的截止电压[4] ， 然后利用 最小二乘法对所测数据进行曲线拟合[5] ，从而得到普朗克常数。本文从 实验仪器自身、 实验操作步骤及数据处理方法三个方面分析了产生误差 的原因。 二、 光电效应测普朗克常数 l． 实验原理 按照爱因斯坦的光噩子理论， 光能是集中在光子上，频率为入的光 子具有能盎E=hv, h 为普朗克常数。 当光子照射到金属表面上时， 能盘 被金属表面的电子全部吸收， 电子把该能噩的一部分用来克服金属表而 对它的束缚力做功A （逸出功），其余能噩变为电子离开金属表面后的动 能 (1/2) rnv02 （初动能）。 根据能噩守恒原理， 爱因斯坦光电效应方程 写为 hv = y2mv 02+A (1) 由上式可见， 入射到金属表面的光频率越高， 逸出光电子的初动能 越大。 若在阳极 A 和阴极k 之间加反向电压，则其间的电场对光电子起 减速作用。 反向电压越大，光电流越小。 当反向电压达到截止电压uo 时， 光电流降为零。 此时静电场对光电子所做的功 eUO 等千光电子的初动能， 即 eUO= (1/2) mv02 ( 2) 实验证明，当入射光的频率低于某极限值时，不论光的强度如何， 照射时间多长，都没有光电流产生， 即光子的能盎hv A=hvO (3) vO 称为截止频率或红限频率， 其值随不同金属而异。 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 vO, 光照射后立即 2 h光电f· 1、,i1．乡 所纣历的I11. |，ll1 个．名为 lC 9s 的数昂级。将式 (2) 、（飞 (3) 代入式 (1) 11ffJ UO=h (\·-vO) / e ·1) 上式表明截止屯l[ LO 足入射光扬讲~ \的线什函数，广［线斜：午 炉