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光电子的初动能与我们实验测的截止电压的关系(一)
光电子实验报告
光电效应
【实验目的】
（1） 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的认识。 （2） 测量普朗克常量h。 【实
验仪器】
zky-gd-4光电效应实验仪，其组成为：微电流放大器，光电管工作电源，光电管，滤色
片，汞灯。如下图所示。
【实验原理】
光电效应的实验原理如图1所示。入射光照射到光电管阴极k上，产生的光电子在电场
的作用下向阳极a迁移构成光电流，改变外加电压，测量出光电流i的大小，即可得出光电
管的伏安特性曲线。 光电效应的基本实验事实如下：
（1）对应于某一频率,光电效应的i-有一电压u0,当电压。
(2)当成正比。 ≧
≦
关系如图2所示。从图中可见，对一定的频率， 时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压u0，被称为截止 后，i迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流im的大小与入射光的强度p
(3)对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。 (4)截止电压u0与频率 的
关系如图4所示，
与 成正比。当入射光频率低于某极 限值生。
（ 随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产
(5)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 ，在开始照
射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为 秒的数量级。 按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，
而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为 的光子具有能量e = h，h为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次被金属中 的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对
它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出
了著名的光电效应方程：
（1）
式中，a为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。 由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位
比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为
零，此时有关系：
（2）
阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越
强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光 电子几乎全收集到阳极，再增加 时i不再变化，光电流出现饱和，饱和光电 流 的大小与入射光的强度p成正比。 光子的能量
<a时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。产生光电
=a/h。
效应的最低频率（截止频率）是 将(2)式代入(1)式可得：
（3） 此式表明截止电压
是频率 的线性函数，直线斜率k = h/e，只要用实 验方法得出不同的频率对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数h。 爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。
【实验步骤】 1、 测试前准备
1）将实验仪及汞灯电源接通（汞灯及光电管暗盒遮光盖盖上），预热20min。 2）调整
光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变。
3）用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与实验仪电压输出端（后面板上）连接起来（ 红
—红，蓝—蓝）。
4） 将“电流量程”选择开关置于所选档位，进行测试前调零。调零时应将光电管暗盒
电流输出端k与实验仪微电流输入端（后面板上）断开，且必须断开连线的实验仪一端。旋
转“调零” 旋钮使电流指示为000.0。
5）调节好后，用高频匹配电缆将电流输入连接起来，按“调零确认/系统清零”键，系
统进入测试状态。
如果要动态显示采集曲线，需将实验仪的“信号输出”端口接至示波器的“y”输入端，
“同步输出”端口接至示波器的“外触发”输入端。示波器“触发源”开关拨至“外”，“y
衰减”旋钮拨至约“1v/格”，“扫描时间”旋钮拨至约“20μs/格”。此时示波器将用轮流扫
描的方式显示5个存储区中存储的曲线，横轴代表电压
2、测普朗克常数h：
测量截止电压时，“伏安特性测试/截止电压测试”状态键应为截止电压测试状态，“电流
量程”开关应处于
1） 手动测量
①使“手动/自动”模式键处于手动模式。 ②将直径4mm的光阑及365.0nm的滤色片装在光电管暗盒光输入口上，打开汞灯遮光盖。 a档。
，纵轴代表电流i。 此时电压表显示的值，单位为伏；电流表显示与对应的电流值i，单位为所选择的的值，
→、←键用于选择调节位，
“电流量程”。用电压调节键→、←、↑、↓可调节↑、↓键用于调节值的大小。 ③从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的以其绝
对值作为该波长对应的
的值，并将数据记于表1中。为尽快找到 ，
的值，调节时应
从高位到低位，先确定高位的值，再顺次往低位调节。 ④依次换上365.0 nm，435.8 nm，546.1nm，404.7 nm的滤色片，重复以上测量步骤。
2） 自动测量
①按“手动/自动”模式键切换到自动模式。 此时电流表左边的指示灯闪烁，表示系统处于自动测量扫描范围设置状态，用电压 调节键可设置扫描起始和终止电压。（注：显区左边设置起始电压，右边设置终止电压）
实验仪设有5个数据存储区，每个存储区可存储500组数据，由指示灯表示其状态。灯亮表
示该存储区已存有数据，灯不亮为空存储区，灯闪烁表示系统预选的或正在存储数据的存储
区。
②设置好扫描起始和终止电压后，按动相应的存储区按键，仪器将先清除存储区原有数
据，等待约30秒，然后按4mv的步长自动扫描，并显示、存储相应的电压、电流值。扫描完
成后，仪器自动进入数据查询状态，此时查询指示灯亮，显示区显示扫描起始电压和相应的
电流值。用电压调节键改变电压值，就可查阅到在测试过程中，扫描电压为当前显示值时相
应的电流值。读取电流为零时对应的数据记于表1中。 表1 u0 —关系 光阑孔φ= mm ，以其绝对值作为该波长对应的u 的值，并将 按“查询”键，查询指示灯灭，系统回复到扫描范围设置状态，可进行下一次测量。将
仪器与示波器连接，可观察到
为负值时各谱线在选定的扫描范围内的伏安特性曲线。
3、测光电管的伏安特性曲线： 此时，将“伏安特性测试/截止电压测试” 状态键切换
至伏安特性测试状态。“电流量程”开关应拨至 a档，并重新调零。
将直径4mm的光阑及所选谱线的滤色片装在光电管暗盒光输入口上。测伏安特性曲线可 选用“手动/自动”两种模式之一，测量的最大范围为-1～50v。手动测量时每隔0.5v
记录一组数据，自动测量时步长为1v。记录所测 及i的数据。
① 从低到高调节电压，记录电流从零到非零点所对应的电压值并作为第一组数据，以 后
电压没变化一定值（可选为1v）记录一组数据到数据记录表中。 换上546nm的滤色片，重复上述实验步骤。 ② 在 为50v时，将仪器设置为手动模式，测量记录同一谱线、同一入射距离、光 阑分别为2mm,4mm,8mm时对应的电流值于数据记录表中。 ③在 为50v时，将仪器设置为手动模式，测量并记录同一谱线、同一光阑、不同入 射距离时对应的电流值于数据记录表中。
【实验数据处理】 （1）求普朗克常数 实验中测得的数据如下表所示： 光缆孔??4mm 与
关系数据记录表
由实验数据得到的截止电压u0与光频率的关系如下图所示： 截止电压与光频率的关系曲线篇二：光电检测实验报告 光电检测试验报告 专 业：应用物理学 姓 名：叶 长 军
学 号：10801030125 指导教师：王 颖
实验时间：2011.4 重庆理工大学光电信息学院 实验一 光敏电阻特性实验 实验原理:
利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器叫光敏电阻。光敏电阻采用梳
状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。 内光电效应发生时，光敏电阻电导率的改变量为： ????p?e??p??n?e??n ，e为 电荷电量，?p为空穴浓度的改变量，?n为电子浓度的改变量，?表示迁移率。当两端加
上电压u后，光电流为：iph?a????u d 式中a为与电流垂直的表面，d为电极间的间距。在一定的光照度下，??为恒定的值，
因而光电流和电压成线性关系。
光敏电阻的伏安特性如图1-2所示，不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明 电阻值随光照度发生变化。光照度不变的情况下，电压越高，光电流也越大，光敏电阻
的工作电压和电流都不能超过规定的最高额定值。 图1-2光敏电阻的伏安特性曲线 图1-3 光敏电阻的光照特性曲线 实验仪器:
稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、各种光源、遮光罩、激光器、光
照度计（做光照特性测试，由用户自备或选配） 实验步骤:
1. 测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻 观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩盖,用万用表欧姆档测得的电阻值为 暗电阻r暗,移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的阻值为亮电阻r亮，暗电阻 与亮电阻之差为光电阻，光电阻越大，则灵敏度越高。 在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻，试作性能比较分析。
2. 光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图1-5接线，分别在暗光及有光源照射下测出输出 电压暗和u亮，电流l暗=u暗/r,亮电流l亮=u亮/r，亮电流 与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。
3. 光敏电阻的伏安特性测试 按照上图接线，电源可从直流稳压电源+2~+12v间选用， 每次在一定的光照条件下， 测出当加在光敏电阻上电压 为+2v；+4v；+6v；+8v；+10v；+12v时电阻r两端的电压
ur，和电流数据，同
光敏电阻的伏安特性曲线。
4. 光敏电阻的光照特性测试 按照图1-5接好实验线路，负载电阻r选定1k，光源用高亮度卤钨灯，（实验者可仔 细调节光源控制旋钮，得到不同的光源亮度），每确定一种亮度后改变测试电路工作电压【光电子的初动能与我们实验测的截止电压的关系】
从0v-12v.
从电源电压ucc=2v开始到ucc=12v，每次在一定的外加电压下测出光敏电阻在相对 ur光照度从“弱光”到逐步增强的电流数据，即：iph?，同时求出此时光敏电阻 1.00k?
的阻值，即：rg?ucc?ur 。这里要求尽量多的测点（不少于15个）不同照度下的电iph 流数据，尤其要在弱光位置选择较多的数据点，以使所得到的数据点能够绘出较为完整
的光照特性曲线。 实验数据处理：
数据处理使用matlab软件绘图。 根据以上数据，处理后可得到光敏电阻的伏安特性曲线： 根据以上数据，处理后可得到光敏电阻的光照特性曲线： 实验结论与讨论：
对数据处理后的上图为光电阻伏安特性曲线和光照特性曲线。
本实验原理较为简单，操作简便。由于实验器件缺少照度计，因此利用万能表测量 照度电流。处理数据时，ur 是电阻r的电压，对于光敏电阻的电压 ug=u-ur，还有就是计算过程中要注意单位是否一致。由于光敏电阻特性随光照变化而变
化，在附加有源光照时，一定要对准光敏电阻，否则变化不明显。 实验二 光敏电阻的应用-----暗光亮灯电路 实验原理:
图2-1所示即为“光敏灯控”实验单元内的实际电路,在放大电路中,当光照度下降时 晶体管t基极电压升高，t导通,集电极负载led流过 的电流增大,led发光,这是一个暗通电路.。 实验所需部件:
光敏电阻、光敏灯控电路(也可自行用实验选配单元接 线)、发光二极管、电压表 实验步骤:
1. 按照仪器面板所示，将光敏电阻对应接入“光敏灯 控”单元的“光敏入”，“发光管”端口与工作台上 实验模板上的发光管相接。调节“暗光控制”电位 器，，使在实验室光照环境下发光管不亮。
2. 然后改变光照条件，分别用白纸、带色的纸和遮光罩改变光敏电阻的光照，当光照变 暗到一定程度时发光管跳亮。这就是日常所用的暗光街灯控制电路的原理。 图2-1 光敏灯控电路
3. 根据图2-1暗通电路原理,试设计一个亮通控制电路. 实验结论与讨论：
通过连接器件后led发光了，表明实验线路连接正确。 本实验我们对光敏电阻、三极管的原理和工作过程有一定的了解，同时将平时的理论 学习与实践相结合起来，在实验过程中动手能力也得到了锻炼。 实验三 光敏二极管特性实验 实验原理:
光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的pn结， 具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。光敏二极管的伏安特性相当于向下平移
了的普通二极管，无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。 当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它 随入射光强度的变化而变化。光敏二极管结构见图3-1。 实验仪器:
光敏二极管、稳压电源、负载电阻( 实验选配单元中可变篇三：光电实验报告 集美大学实验报告纸
班级 机电0812 学号 2008716040 姓名 姜波 成绩 集美大学实验报告纸
班级 机电0812 学号 2008716040 姓名 姜波 成绩 集美大学实验报告纸
班级 机电0812 学号 2008716040 姓名 姜波 成绩 篇四：东南大学 光电子物理实验报告1 东南大学
实 验 报 告
光电子的初动能与我们实验测的截止电压的关系(二)
光电效应实验报告
【光电子的初动能与我们实验测的截止电压的关系】
光电效应实验报告
姓名：付剑飞；学号：12020012010；班级：12光科
摘 要 1887年，赫兹在研究电磁辐射时意外发现，光照射金属表面时，在一定条件下，有电子从金属的表面溢出，这种现象被称作光电效应，多溢出的电子称为光电子。由此光电子的定向运动形成的电流称为光电流。1905年爱因斯坦用光量子理论圆满解释了光电效应得出爱因斯坦光电效应方程并由此获得诺贝尔奖，可见光电效应的重要性。本次实验便是这这样的理论基础上开展的测量有关光电管的U-I曲线和截止频率等的工作。
关键词 光电子；截止频率；光电流；普朗克常数；截止电压；爱因斯坦方程
引言 光电效应和光量子理论在物理学的发展史上具有划时代的意义，量子论是近代物理的理论基础之一。而光电效应则可以给量子论以直观鲜明的物
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