ZKY世纪中科ZKY-GD-3+Z光电效应实验仪10010电压切换1010.V-0电流量程（A）调零/测量切二虹-四川世纪图7仪器前面板示意图1.高压汞灯：在其发光的光谱范围内较强的谱线有365nm、405nm、436nm、546nm、570nm。2.滤光片：仪器配有五种带通型滤光片，其透射波长为365nm、405nm、436nm、546nm、570nm。3.光阑：仪器配有孔径分别为2mm、4mm、8mm的光阑，可通过调节光阑旋钮转换。4.光电管：阳极为镍圈，阴极为银-氧-钾（Ag-O-K），光谱响应范围320～700nm，暗电流：I≤2×10-12A(-4V≤UAK≤0V)。5.测试仪：它包括光电管工作电源和微电流放大器两部分。光电管工作电源：2档，一4~0V，一4~十30V，三位半数显，稳定度≤0.1%。微电流放大器：6档，10-8~10-13A，分辨率10-13A，三位半数显，稳定度≤0.2%。【实验内容】测试前准备该实验建议环境温度为15~30℃，湿度<70%。实验前宜将光电管闭光24小时，即将光电管暗盒的光阑选择圈调整到任意两个光阑的中间位置，并盖上光电管暗盒遮光盖，以此遮住光电管24小时，以使得光电管的暗电流尽量小且稳定。将汞灯暗盒光输出口对准光电管暗盒光输入口，调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变。盖上汞灯光源遮光盖，打开汞灯光源，预热至少20分钟，使其电路工作稳定，汞灯光强稳定。注意：汞灯点亮时请勿直视汞灯光源，以免强光伤眼。打开测试仪电源，预热至少10分钟，使其电路工作稳定。需了解的测试仪调零方法：将“电流量程”选择开关置于所选档位，仪器在充分预热后，进行测试前调零。调零时，将“调零/测量”切换开关切换到“调零”档位，旋转“电流调零”旋钮使电流指示为"000.0”。调节好后，将“调零/测量”切换开关切换到“测量”档位，就可以进行实验了。注意：*在电流量程或电压档位切换时，必须按照上面的调零方法进行调零，否则会影响实验精6
6 图 7 仪器前面板示意图 1. 高压汞灯：在其发光的光谱范围内较强的谱线有 365nm、405nm、436nm、546nm、570nm。 2. 滤光片：仪器配有五种带通型滤光片, 其透射波长为 365nm、405nm、436nm、546nm、 570nm。 3. 光阑：仪器配有孔径分别为 2mm、4mm、8mm 的光阑，可通过调节光阑旋钮转换。 4. 光电管：阳极为镍圈，阴极为银-氧-钾（Ag-O-K），光谱响应范围 320 ~ 700nm，暗电流： I ≤ 2×10 -12A（-4 V ≤ UAK ≤ 0 V）。 5. 测试仪：它包括光电管工作电源和微电流放大器两部分。 光电管工作电源：2 档，－4~0V，－4~＋30V，三位半数显，稳定度 ≤ 0.1%。 微电流放大器：6 档，10 -8 ~10 -13A，分辨率 10 -13A，三位半数显，稳定度 ≤ 0.2%。 【实验内容】 测试前准备 该实验建议环境温度为 15~30℃，湿度<70%。实验前宜将光电管闭光 24 小时，即将光 电管暗盒的光阑选择圈调整到任意两个光阑的中间位置，并盖上光电管暗盒遮光盖，以此遮 住光电管 24 小时，以使得光电管的暗电流尽量小且稳定。 将汞灯暗盒光输出口对准光电管暗盒光输入口，调整光电管与汞灯距离为约 40cm 并保 持不变。盖上汞灯光源遮光盖，打开汞灯光源，预热至少 20 分钟，使其电路工作稳定，汞 灯光强稳定。注意：汞灯点亮时请勿直视汞灯光源，以免强光伤眼。 打开测试仪电源，预热至少 10 分钟，使其电路工作稳定。 需了解的测试仪调零方法：将“电流量程”选择开关置于所选档位，仪器在充分预热后， 进行测试前调零。调零时，将“调零/测量”切换开关切换到“调零”档位，旋转“电流调零”旋钮 使电流指示为“000.0”。调节好后，将“调零/测量”切换开关切换到“测量”档位，就可以进行 实验了。 注意： * 在电流量程或电压档位切换时，必须按照上面的调零方法进行调零，否则会影响实验精
度。*实验应先测量普朗克常数后测量光电管伏安特性，避免暗电流过大影响前者实验精度。一、测量普朗克常数h、“红限”频率V1.用零电流法测定h和vo将电压选择按键置于-4V~0V档；将“电流量程”选择开关置于10-13A档，将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上：旋转光阑选择圈的“Φ4”光阑及滤色片选择圈的“365”滤色片到“I”下方，打开汞灯暗盒遮光盖开始实验。从低到高往0V电压方向调节电压（应尽量避免光电流大幅超过零后的回调），用“零电流法”测量该波长对应的Us，重复测量4次，记录数据。旋转滤色片选择圈，依次换405nm，436nm，546nm，577nm的滤色片，重复以上测量步骤。表1零电流法测定h和v光阑孔=4mm365405436546577波长(nm)频率(×1014Hz)8.2147.4086.8795.4905.196123截止电压Us (V)4平均值2.用补偿法测定h和vo（选做）要求：可以只选择一个光阑，每个频率下至少重复测量3次，自己设计实验。二、测量光电管的伏安特性曲线（I-U曲线）盖上汞灯及光电管暗盒遮光盖。将电压选择按键置于-4V~+30V档，将电流量程选择10-13A档调零，再切换到测量”档。将直径2mm的光阑及436nm的滤色片装在光电管暗盒光输入口上。取下汞灯遮光盖，从低到高调节电压，电压间隔分段取值（-4~0V:0.5V：0~15V:1.0V；15~30V:1.5V)，记录电流值，以及电流为零时所对应的电压值。测试中如遇电流值超量程更换为下一个低精度的电流档（量程顺序10-13A--10-12A--10-11A），更换量程需重新调零！分别换上直径4mm的光阑及546nm的滤光片，重复上述测量步骤。（换光阑前需盖上汞灯遮光盖）7
7 度。 * 实验应先测量普朗克常数后测量光电管伏安特性，避免暗电流过大影响前者实验精度。 一、测量普朗克常数h、“红限”频率0 1. 用零电流法测定 h 和ν0 将电压选择按键置于-4V~0V 档；将“电流量程”选择开关置于 10 -13A 档，将测试仪电 流输入电缆断开，调零后重新接上；旋转光阑选择圈的“Φ4”光阑及滤色片选择圈的“365” 滤色片到“↓”下方，打开汞灯暗盒遮光盖开始实验。 从低到高往 0V 电压方向调节电压（应尽量避免光电流大幅超过零后的回调），用“零 电流法”测量该波长对应的 US，重复测量 4 次，记录数据。 旋转滤色片选择圈，依次换 405nm，436nm，546nm，577nm 的滤色片，重复以上测量 步骤。 表 1 零电流法测定 h 和ν0 光阑孔Φ= 4 mm 波长λ (nm) 365 405 436 546 577 频率ν (×10 14Hz) 8.214 7.408 6.879 5.490 5.196 截止电压 US（V） 1 2 3 4 平均值 2. 用补偿法测定 h 和ν0（选做） 要求：可以只选择一个光阑，每个频率下至少重复测量 3 次，自己设计实验。 二、测量光电管的伏安特性曲线（I-U 曲线） 盖上汞灯及光电管暗盒遮光盖。将电压选择按键置于-4V~+30V 档，将电流量程选择 10 -13A 档调零，再切换到“测量” 档。将直径 2mm 的光阑及 436nm 的滤色片装在光电管暗 盒光输入口上。 取下汞灯遮光盖，从低到高调节电压，电压间隔分段取值（-4~0V: 0.5V； 0~15V: 1.0V； 15~30V: 1.5V），记录电流值，以及电流为零时所对应的电压值。测试中如遇电流值超量程, 更换为下一个低精度的电流档（量程顺序 10 -13A-10 -12A-10 -11A），更换量程需重新调零！ 分别换上直径 4mm 的光阑及 546nm 的滤光片，重复上述测量步骤。（换光阑前需盖上 汞灯遮光盖）
表2I-U关系数据UAK (V)436nm光阑2mm1 (×10-13A)UAK (V)546nm光阑4mmI (×10-13A)三、验证光电管的饱和光电流I与入射光强P的正比关系盖上汞灯及光电管暗盒遮光盖，将“电流量程”选择开关置于10-10A档（测量时根据实际情况调节档位），重新调节测试仪零点。将直径2mm的光阑及436nm的滤色片装在光电管暗盒光输入口。将电压调到30V，在同一谱线，同一入射距离下，记录光阑分别为2mm，4mm，8mm时对应的电流值。（数据记录数量级统一用：10-10A）表3Im-P关系数据光阑孔2mm8mm4mmI (×10-10A)436nmI (×10-10A)I (×10-10A)1的平均值光阑孔1 (×10-10A)546nm1 (×10-10A)1 (×10-10A)I的平均值由于照到光电管上的光强与光阑面积成正比，用表3数据验证光电管的饱和光电流与入射光强成正比。每次换光阑或滤波片后，均需重新调零！【数据处理】1.根据内容一测量数据，分别用作图法和最小二乘法求h和vo，并与公认值进行比较，计算h的相对误差，写出h的结果表达式。2.根据内容二测量数据，在同一坐标系中画出相应的I-U曲线。3.根据内容三测量数据，在同一坐标系中画出相应的Im-P（这里是相对光强，可以选光阑直径Φ的数值的平方作为相对光强）曲线。【注意事项】8
8 表 2 I-U 关系数据 436nm 光阑 2mm UAK（V） I（×10 -13A） 546nm 光阑 4mm UAK（V） I（×10 -13A） 三、验证光电管的饱和光电流 Im 与入射光强 P 的正比关系 盖上汞灯及光电管暗盒遮光盖，将“电流量程”选择开关置于 10 -10A 档（测量时根据实际 情况调节档位），重新调节测试仪零点。将直径 2mm 的光阑及 436nm 的滤色片装在光电管 暗盒光输入口。将电压调到 30V，在同一谱线，同一入射距离下，记录光阑分别为 2mm， 4mm，8mm 时对应的电流值。（数据记录数量级统一用：10 -10A） 表 3 Im - P 关系数据 436nm 光阑孔Φ 2mm 4mm 8mm I（×10 -10A） I（×10 -10A） I（×10 -10A） I 的平均值 546nm 光阑孔Φ I（×10 -10A） I（×10 -10A） I（×10 -10A） I 的平均值 由于照到光电管上的光强与光阑面积成正比，用表 3 数据验证光电管的饱和光电流与入 射光强成正比。每次换光阑或滤波片后，均需重新调零！ 【数据处理】 1. 根据内容一测量数据，分别用作图法和最小二乘法求 h 和ν0，并与公认值进行比较，计 算 h 的相对误差，写出 h 的结果表达式。 2. 根据内容二测量数据，在同一坐标系中画出相应的 I-U 曲线。 3. 根据内容三测量数据，在同一坐标系中画出相应的 Im-P（这里是相对光强，可以选光阑 直径Φ的数值的平方作为相对光强）曲线。 【注意事项】
1.实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让永灯不经过滤光片直接入射光电管窗口。2.汞灯一日开启，不要随意关闭！3.在进行每一组实验前，必须对测试仪进行调零，否则会影响实验精度。4.电压旋钮缓慢调节，以免损坏仪器！5，本实验可不必要求在暗室环境，但应尽量避免背景光强的剧烈变化6.实验结束时，将光电管暗盒的光阑选择圈调整到任意两个光阑的中间位置，盖上光电管暗合遮光盖和汞灯遮光盖！电压及电流回零。【思考题】1.经典的波动理论是如何解释光电效应的各条实验规律？2.爱因斯坦光量子假说的内容是什么？它是如何解释光电效应的各条实验规律？3.密立根验证爱因斯坦光电效应方程的主要实验思想是什么？4.影响准确测量截止电压的主要因素有哪些？5.照射光的非单色性如何影响U一I特性曲线？【参考文献】[1] R. A. Millikan, Physical Review, vol. 7, Issue 3, pp. 355-388,1916.[2]熊永红等主编，《大学物理实验》，科学出版社，2008年。[3】母国光等主编，《光学》，人民教育出版社，1979年。[4]周殿清主编，《基础物理实验》科学出版社，2008年。O
9 1. 实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让汞灯不经过滤光片直接入射光电管窗口。 2. 汞灯一旦开启，不要随意关闭！ 3. 在进行每一组实验前，必须对测试仪进行调零，否则会影响实验精度。 4. 电压旋钮缓慢调节，以免损坏仪器！ 5. 本实验可不必要求在暗室环境，但应尽量避免背景光强的剧烈变化。 6. 实验结束时，将光电管暗盒的光阑选择圈调整到任意两个光阑的中间位置，盖上光电管 暗合遮光盖和汞灯遮光盖！电压及电流回零。 【思考题】 1. 经典的波动理论是如何解释光电效应的各条实验规律? 2. 爱因斯坦光量子假说的内容是什么？它是如何解释光电效应的各条实验规律? 3. 密立根验证爱因斯坦光电效应方程的主要实验思想是什么？ 4. 影响准确测量截止电压的主要因素有哪些？ 5. 照射光的非单色性如何影响 U—I 特性曲线？ 【参考文献】 [1] R. A. Millikan, Physical Review, vol. 7, Issue 3, pp. 355-388,1916。 [2] 熊永红等主编，《大学物理实验》，科学出版社，2008 年。 [3] 母国光等主编，《光学》，人民教育出版社，1979 年。 [4] 周殿清主编，《基础物理实验》科学出版社，2008 年