測量光電管伏安特性方法

1. 測定普朗克常數的關鍵是什麼怎樣根據光電管

如下。
用光電效應方法測量普朗克常量的關鍵在於獲得單色光、測得光電管的伏安特性曲線和確定遏止電位差值。光電效應實驗及其光量子理論的解釋在量子理論的確立與發展上，在解釋光的波粒二象性等方面都具有劃時代的深遠意義。
利用光電效應製成的光電器件在科學技術中得到廣泛的應用，並且至今還在不斷開辟新的應用領域，具有廣闊的應用前景。本實驗的目的是了解光電效應基本規律，並用光電效應方法測量普朗克常量和測定光電管的光電特性曲線。

2. 光電效應測普朗克常數方法研究

用光電效應測普朗克常數
<大學物理實驗>課本P280
[實驗目的]
1、通過實驗深刻理解愛因斯坦的光電效應理論，了解光電效應的基本規律；
2、掌握用光電管進行光電效應研究的方法；
3、學習對光電管伏安特性曲線的處理方法，並用以測定普朗克常數。
[實驗儀器]
GD-4型智能光電效應(普朗克常數)實驗儀(由光電檢測裝置和實驗儀主機兩部分組成)
光電檢測裝置包括：光電管暗箱GDX-1，高壓汞燈箱GDX-2；高壓汞燈電源GDX-3和實驗基準平台GDX-4。
實驗主機為：GD-4型光電效應(普朗克常數)實驗儀，該儀器包含有微電流放大器和掃描電壓源發生器兩部分組成的整體儀器。
[實驗原理]
1、普朗克常數的測定
根據愛因斯坦的光電效應方程：
（1）
(其中： 是電子的動能， 是光子的能量， 是光的頻率， 是逸出功, 是普朗克常量。)
是材料本身的屬性，所以對於同一種材料 是一樣的。當光子的能量 時不能產生光電子，即存在一個產生光電效應的截止頻率 （ ）
實驗中：將 和 間加上反向電壓 ( 接負極),它對光電子運動起減速作用.隨著反向電壓 的增加,到達陽極的光電子的數目相應減少,光電流減小。當 時，光電流降為零，此時光電子的初動能全部用於克服反向電場的作用。即
（2）
這時的反向電壓叫截止電壓。入射光頻率不同時，截止電壓也不同。將（2）式代入（1）式，得
（3）
（其中 ）式中 都是常量，對同一光電管 也是常量，實驗中測量不同頻率下的 ，做出 曲線。在（3）式得到滿足的條件下，這是一條直線。
若電子電荷 ，由斜率 可以求出普朗克常數 。由直線上的截距可以求出溢出功 ，由直線在 軸上的截距可以求出截止頻率 。如圖（2）所示。
2、測量光電管的伏安特性曲線
在照射光的強度一定的情況下，光電管中的電流 與光電管兩端的電壓 之間存在著一定的關系。
理想曲線與實驗曲線有所不同，原因有：
①、光電管的陰極採用逸出電勢低的材料製成，這種材料即使在高真空中也有易氧化的趨向，使陰極表面各處的逸出電勢不盡相等，同時，逸出具有最大動能的光電子數目大為減少。隨著反向電壓的增高，光電流不是陡然截止，而是較快降低後平緩的趨近零點。
②、陽極是用逸出電勢較高的鉑鎢等材料做成，本來只有用遠紫外線照射才能逸出光電子，因為施加在光電管上的外電場對於這些光電子來說正是一個加速電場，使得發射的光電子由陽極飛向陰極，構成反向電流。
③暗合中的光電管即使沒有用光照射，在外加電壓下也會有微弱的電流流通，稱做暗電流，其主要原因是極間絕緣電阻漏電（包括管座以及玻璃殼內外表面的漏電）、陰極在常溫下的熱電子輻射等。暗電流與外加電壓基本成線性關系。
[實驗內容]
1、將儀器的連線接好；
2、經老師確認後，接通電源預熱儀器20分鍾；
3、熟悉儀器，進行一些簡單的操作，並將儀器調零；
4、普朗克常數的測定
選定某一光闌孔徑為 的光闌（記錄其數值），在不改變光源與光電管之間的距離 的情況下，選用不同濾色片（分別有 為 ， ， ， ， ），調節光電管兩端的電壓 ，使得光電管中的電流為0，將此時光電管兩端的電壓表示為 （稱為截止電壓），將其記錄下來；
5、測量光電管的伏安特性曲線
觀察5條譜線在同一光闌孔徑為 （記錄其數值），在不改變光源與光電管之間的距離 （記錄其數值）的情況下，改變光電管兩端的電壓 （范圍在 ），記錄電壓 和對應的光電流 。
6、驗證飽和電流與入射光強度成正比：
確定入射光波長 （記錄其數值）、光源與光電管之間的距離 （記錄其數值）以及光電管兩端的電壓 （一般為50V，這時認為光電管中的電流已達到最大值，即為飽和電流 ），改變光闌孔徑 （分別為： ， ， ），記錄對應的飽和光電流 ；
7、整理實驗儀器
結束實驗時，要將實驗儀器按原樣擺放好；

[數據的測量與處理]
1、普朗克常數的測定
表一、 關系光闌孔
入射光波長
365.0 404.7 435.8 546.1 577.0
對應頻率
8.214 7.408 6.879 5.490 5.196
截止電壓

要求：根據表一的實驗數據（用最小二乘法處理），得出 直線的斜率 ，即可用 求出普朗克常數，並用普朗克常數的公認值 比較實驗相對誤差 ，式中 ， 。
2、測光電管的伏安特性曲線：
表二、 ，

要求：在坐標紙上繪出 關系曲線，並描述其特點。

3、驗證飽和電流與入射光強度成正比：
表三、 （ 為光的強度）關系 ， ，
光闌孔
2 4 8

要求：作圖分析實驗數據（提示： 與 成正比例）
[實驗總結和誤差分析]

3. 測定普朗克常數的關鍵是什麼怎樣根據光電管的特性曲線選擇適宜的遏止電壓

模擬實驗中，可不必要求暗室環境，但應該避免背景光強的劇烈變化。實驗過程中注意隨時蓋上汞燈的遮光蓋，嚴禁讓汞光不經過濾光片直接入射光電管窗口。實驗結束時應蓋上光電管暗箱遮光蓋和汞燈遮光蓋。

選擇適宜的遏止電壓，首先在不接輸入信號的狀態下對微電流測量裝置調零。以365nm為例，把365nm的濾色片轉到窗口（通光口），此時把電壓表顯示的Uak值調節為-1.999V，打開汞燈遮光蓋，電流表顯示對應的電流值I應為負值。用電壓粗調和細調旋鈕，逐步升高工作電壓（即使負電壓絕對值減小），當電壓到達某一數值，光電管輸出電流為零時，記錄對應的工作電壓Uak，該電壓即為365nm單色光的遏止電壓。

4. 光電效應有哪幾種

光電效應
1)概述

在光的照射下，使物體中的電子脫出的現象叫做光電效應(Photoelectric effect)。

(2)說明

①光電效應的實驗規律。

a．陰極(發射光電子的金屬材料)發射的光電子數和照射發光強度成正比。

b．光電子脫出物體時的初速度和照射光的頻率有關而和發光強度無關。這就是說，光電子的初動能只和照射光的頻率有關而和發光強度無關。

c．僅當照射物體的光頻率不小於某個確定值時，物體才能發出光電子，這個頻率螄叫做極限頻率(或叫做截止頻率)，相應的波長λ。叫做紅限波長。不同物質的極限頻率」。和相應的紅限波長λ。是不同的。

幾種金屬材料的紅限波長

金 屬 銫 鈉 鋅 銀 鉑

紅限波長(埃) 6520 5400 3720 2600 1960

d．從實驗知道，產生光電流的過程非常快，一般不超過lO-9秒；停止用光照射，光電流也就立即停止。這表明，光電效應是瞬時的。

②解釋光電效應的愛因斯坦方程：根據愛因斯坦的理論，當光子照射到物體上時，它的能量可以被物體中的某個電子全部吸收。電子吸收光子的能量hυ後，能量增加，不需要積累能量的過程。如果電子吸收的能量hυ足夠大，能夠克服脫離原子所需要的能量(即電離能量)I和脫離物體表面時的逸出功(或叫做功函數)W，那末電子就可以離開物體表面脫逸出來，成為光電子，這就是光電效應。

愛因斯坦方程是

hυ=(1/2)mv2+I+W

式中(1/2)mv2是脫出物體的光電子的初動能。

金屬內部有大量的自由電子，這是金屬的特徵，因而對於金屬來說，I項可以略去，愛因斯坦方程成為

hυ=(1/2)mv2+W

假如hυ<W,電子就不能脫出金屬的表面。對於一定的金屬，產生光電效應的最小光頻率(極限頻率) υ0。由

hυ0=W確定。相應的紅限波長為 λ0=C/υ0=hc/W。

發光強度增加使照射到物體上的光子的數量增加，因而發射的光電子數和照射光的強度成正比。

③利用光電效應可製造光電倍增管。光電倍增管能將一次次閃光轉換成一個個放大了的電脈沖，然後送到電子線路去，記錄下來。

電光效應
電光效應

electro-optical effect

某些各向同性的透明物質在電場作用下顯示出光學各向異性的效應。電光效應包括克爾效應和泡克耳斯效應。

克爾效應 1875年英國物理學家J.克爾發現，玻璃板在強電場作用下具有雙折射性質，稱克爾效應。後來發現多種液體和氣體都能產生克爾效應。觀察克爾效應的實驗裝置如圖所示。內盛某種液體（如硝基苯）的玻璃盒子稱為克爾盒，盒內裝有平行板電容器，加電壓後產生橫向電場。克爾盒放置在兩正交偏振片之間。無電場時液體為各向同性，光不能通過P2。存在電場時液體具有了單軸晶體的性質，光軸沿電場方向，此時有光通過P2（見偏振光的干涉）。實驗表明 ，在電場作用下，主折射率之差與電場強度的平方成正比。電場改變時，通過P2的光強跟著變化，故克爾效應可用來對光波進行調制。液體在電場作用下產生極化，這是產生雙折射性的原因。電場的極化作用非常迅速，在加電場後不到10-9秒內就可完成極化過程，撤去電場後在同樣短的時間內重新變為各向同性。克爾效應的這種迅速動作的性質可用來製造幾乎無慣性的光的開關——光閘，在高速攝影、光速測量和激光技術中獲得了重要應用。

5. 光電效應測普朗克常數拐點法解釋

實驗簡介

1905年，年僅26歲的愛因斯坦（A.Einstein）提出光量子假說，發表了在物理學發展史上具有里程碑意義的光電效應理論，10年後被具有非凡才能的物理學家密里根（Robert Millikan）用光輝的實驗證實了。兩位物理大師之間微妙的默契配合推動了物理學的發展，他們都因光電效應等方面的傑出貢獻分別於1921年和1923年獲得諾貝爾物理學獎。

光電效應實驗及其光量子理論的解釋在量子理論的確立與發展上，在解釋光的波粒二象性等方面都具有劃時代的深遠意義。利用光電效應製成的光電器件在科學技術中得到廣泛的應用，並且至今還在不斷開辟新的應用領域，具有廣闊的應用前景。

本實驗的目的是了解光電效應基本規律，並用光電效應方法測量普朗克常量和測定光電管的光電特性曲線。

實驗原理

當光照在物體上時，光的能量僅部分地以熱的形式被物體吸收，而另一部分則轉換為物體中某些電子的能量，使電子逸出物體表面，這種現象稱為光電效應，逸出的電子稱為光電子。在光電效應中，光顯示出它的粒子性質，所以這種現象對認識光的本性，具有極其重要的意義。

光電效應實驗原理如圖8.2.1-1所示。其中S為真空光電管，K為陰極，A為陽極。當無光照射陰極時，由於陽極與陰極是斷路，所以檢流計G中無電流流過，當用一波長比較短的單色光照射到陰極K上時，形成光電流，光電流隨加速電位差U變化的伏安特性曲線如圖8.2.1-2所示。

n 光電流與入射光強度的關系

光電流隨加速電位差U的增加而增加，加速電位差增加到一定量值後，光電流達到飽和值，飽和電流與光強成正比，而與入射光的頻率無關。當變成負值時，光電流迅速減小。實驗指出，有一個遏止電位差存在，當電位差達到這個值時，光電流為零。

n 光電子的初動能與入射光頻率之間的關系

光電子從陰極逸出時，具有初動能，在減速電壓下，光電子在逆著電場力方向由K極向A極運動。當 時，光電子不再能達到A極，光電流為零。所以電子的初動能等於它克服電場力所作的功。即

(1)

根據愛因斯坦關於光的本性的假設，光是一粒一粒運動著的粒子流，這些光粒子稱為光子。每一光子的能量為，其中為普朗克常量，為光波的頻率。所以不同頻率的光波對應光子的能量不同。光電子吸收了光子的能量之後，一部分消耗於克服電子的逸出功A，另一部分轉換為電子動能。由能量守恆定律可知

(2)

式（2）稱為愛因斯坦光電效應方程。

由此可見，光電子的初動能與入射光頻率成線性關系，而與入射光的強度無關。

n 光電效應有光電閾存在

實驗指出，當光的頻率時，不論用多強的光照射到物質都不會產生光電效應，根據式（2）， ，稱為紅限。

愛因斯坦，光電效應方程同時提供了測普朗克常量的一種方法：由式（1）和（2）可得： 。當用不同頻率（ ）的單色光分別做光源時，就有

任意聯立其中兩個方程就可得到

由此若測定了兩個不同頻率的單色光所對應的遏止電位差及可算出普朗克常量，也可由直線的斜率求出。

因此，用光電效應方法測量普朗克常量的關鍵在於獲得單色光、測得光電管的伏安特性曲線和確定遏止電位差值。

實驗中，單色光可由水銀燈光源經過單色儀選擇譜線產生。水銀燈是一種氣體放電光源，點燃穩定後，在可見光區域內有幾條波長相差較遠的強譜線，如表8.2.1-1所示。單色儀的鼓輪讀數與出射光的波長存在一一對應關系，由單色儀的定標曲線，即可查出出射單色光的波長（有關單色儀的結構和使用方法請參閱有關說明書），也可用水銀燈（或白熾燈）與濾光片聯合作用產生單色光。

為了獲得准確的遏止電位差值，本實驗用的光電管應該具備下列條件：

l 對所有可見光譜都比較靈敏。

l 陽極包圍陰極，這樣當陽極為負電位時，大部分光電子仍能射到陽極。

l 陽極沒有光電效應，不會產生反響電流。

l 暗電流很小。

但是實際使用的真空型光電管並不完全滿足以上條件。由於存在陽極光電效應所引起的反向電流和暗電流（即無光照射時的電流），所以測的得電流值，實際上包括上述兩種電流和由陰極光電效應所產生的正向電流三個部分，所以伏安曲線並不與U軸相切。由於暗電流是由陰極的熱電子發射及光電管管殼樓電等原因產生，與陰極正向光電流相比，其值很小，且基本上隨電位差U呈線性變化，因此可忽略其對遏止電位差的影響。陽極反向光電流雖然在實驗中較顯著，但它服從一定規律。據此，確定遏止電位差值，可採用以下兩種方法：

l 交點法

光電管陽極用逸出功較大的材料製作，製作過程中盡量防止陰極材料蒸發，實驗前對光電管陽極通電，減少其上濺射的陰極材料，實驗中避免入射光直接照射到陽極上，這樣可使它的反向電流大大減少，器伏安特性曲線與圖8.2.1-2十分接近，因此曲線與U軸交點的電位差近似等於遏止電位差，此即交點法。

l 拐點法

光電管陽極反向光電流雖然較大，但在結構設計上，若是反向光電流能較快地飽和，則伏安特性曲線在反向電流進入飽和段後有著明顯的拐點，如圖8.2.1-3所示，此拐點的電位差即為遏止電位差。

實驗內容

通過實驗了解光電效應的基本規律，並用光電效應法測量普朗克常量。

n 在577.0nm、546.1nm、435.8nm、404.7nm四種單色光下分別測出光電管的伏安特性曲線，並根據此曲線確定遏止電位差值，計算普朗克常量。

本實驗所用儀器有：光電管、單色儀（或濾波片）、水銀燈、檢流計（或微電流計）、直流電源、直流電壓計等，接線電路圖如圖8.2.1-4所示。

實驗中光電流比較微弱，其值與光電管類型，單色光強弱等因素有關，因此應根據實際情況選用合適的測量儀器。例如，選用GD-4、GD-5、或1977型光電管，選用的檢流計的分度值應在A/分度左右。如果要測量更微弱的電流可用微電流計，可測量A的電流。

由於光電管的內阻很高，光電流如此之微弱，因此測量中要注意抗外界電磁干擾。並避免光直接照射陽極和防止雜散光干擾。

n 作的關系曲線，用一元線性回歸法計算光電管陰極材料的紅限頻率、逸出功及值，並與公認值比較。

n 選做

l 測量光電管在正壓下的伏安特性曲線。

l 測定光電管的光電特性曲線，即飽和光電流與照射光強度的關系。

l 自行設計方案測量光電管陰極光電流在加速電壓下的伏安特性曲線，改變光源與光電管的距離，光強正比於，利用此測量光電管的光電特性曲線。

設計性內容

n (1) 測量光電管在正壓下的伏安特性曲線。

n (2) 測定光電管的光電特性，即飽和光電流與照射光強度的關系曲線，並對實驗結果進行分析。
1)根據濾光片的中心峰波長值及其對應的透射率，選取合適的一組濾光片，自行設計方案測量光電管陰極光電流在加速電壓下的伏安特性曲線。
2) 改變光源與光電管的距離d, 光強正比於，利用此測量光電管的光電特性曲線。

實驗重點

n 從光電管的伏安特性曲線，驗證愛因斯坦光電效應方程。

n 正確學會數據處理的方法，計算普朗克常量和光電管陰極材料的紅限值。

實驗難點

n 本實驗驗證愛因斯坦光電效應方程時，需要測出光電管的正向和反向特性曲線，如何正確設計光電管陽極和陰極與電源的接線圖？

n 設計實驗方案，由光電管的反向伏安特性曲線，測出不同光頻率對應的遏止電位差值，並由此計算普朗克常量和光電管陰極材料的紅限值。

6. 在光電效應測普朗克常量實驗誤差有哪些

實驗誤差主要有以下幾點：

1、單色光不夠嚴格以及陰極光電流的遏止電勢差的確定。

2、光電管的陽極光電流和光電流的暗電流因素。

(6)測量光電管伏安特性方法擴展閱讀

光電效應和普朗克常量的測定

一、實驗目的

1、了解光電效應的基本規律；

2、掌握普朗克常量的測量方法；

3、掌握光電管的伏安特性和光電特性的測量方法。

二、實驗儀器

ZKY-GD-4 智能光電效應實驗儀（包括汞燈及電源，濾色片，光闌，光電管和智能實驗儀）。

利用光電管製成的光控制電器，可以用於自動控制，如自動計數、自動報警、自動跟蹤等等。它的工作原理是：當光照在光電管上時，光電管電路中產生電光流，經過放大器放大，使電磁鐵M磁化，而把銜鐵N吸住，當光電管上沒有光照時，光電管電路中沒有電流，電磁鐵M就自動控制，利用光電效應還可測量一些轉動物體的轉速。

7. 光電效應及普朗克常量的測量實驗現象

光電效應實驗及其光量子理論的解釋在量子理論的確立與發展上，在解釋光的波粒二象性等方面都具有劃時代的深遠意義。利用光電效應製成的光電器件（如：光電管、光電池、光電倍增管等）在科學技術中得到廣泛的應用，並且至今還在不斷開辟新的應用領域，具有廣闊的應用前景。
【實驗目的】

1、了解光電效應基本規律；

2、用光電效應方法測量普朗克常量；

3、測定光電管的光電特性曲線。

【實驗儀器】

【實驗原理】

當光照在物體上時，光的能量僅部分地以熱的形式被物體吸收，而另一部分則轉換為物體中某些電子的能量，使電子逸出物體表面，這種現象稱為光電效應，逸出的電子稱為光電子。在光電效應中，光顯示出它的粒子性質，所以這種現象對認識光的本性，具有極其重要的意義。

光電效應實驗原理如圖5-26-2所示。其中S為真空光電管，K為陰極，A為陽極。當無光照射陰極時，由於陽極與陰極之間是斷路，所以檢流計G中無電流流過，當用一波長比較短的

單色光照射到陰極K上時，形成光電流，光電流隨加速電位差U變化的伏安特性曲線如圖5-26-3所示。

1、 光電流與入射光強度的關系

光電流隨加速電位差U的增加而增加，加速電位差增加到一定量值後，光電流達到飽和值，飽和電流與光強成正比，而與入射光的頻率無關。實驗指出，有一個遏止電位差存在，當電位差達到這個值時，光電流為零。

2、光電子的初動能與入射光頻率之間的關系

實驗證明：光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只與入射光頻率有關。

3、光電效應有紅限頻率存在

不論用多強的光照射到物質都不會產生光電效應.

實驗時，應根據光電管的U～I曲線的特點來選擇交點法或拐點法。本實驗採用的光電管，其陰極電流上升很快，反向電流較小，故採用「交點法」確定截止電壓。

【實驗內容與步驟】

1、測試前的准備

(1)用遮光蓋擋住汞燈光源出光口，將測試儀及汞燈電源接通，預熱20分鍾，使其處於穩定工作狀態。

(2)調節實驗儀板面「電流調零」旋鈕，使其顯示「000.0」。每換一次量程，必須重新調零。

(3)用屏蔽電纜線將微電流輸入端與K連接、電壓輸出端與光電管暗箱A及接地連接。

2、測量光電管的伏安特性曲線。

(1)將實驗儀「電壓選擇」鍵置於「-2V～+30V」狀態，將「電流量程選擇」開關置於「」檔。

(2)將測定儀電流輸入電纜斷開，調節實驗儀「電流調零」旋鈕，使電流顯示「00.0A」，重新接上電流輸入電纜線。

（3）將光闌及365.0nm的濾色片裝在光電管暗盒的光輸入口上，撤掉光源出光口的遮光蓋。注意在此過程中必須用擋片遮一下汞燈，否則容易擊穿光電效應儀。從低到高緩慢調節「-2V～+30V」電壓微調旋鈕，記錄電流從零到非零點所對應的電壓值作為第一組數據，令電壓輸出值緩慢由-2伏增加到+30V，-2到0之間每隔0.3V記一個電流值，0到30之間每隔2V記一個電流值。將數據記錄於表5-26-1中。在伏安特性曲線轉彎處應多測幾組數據，以便作圖。

(4)依次換上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的濾色片，重復步驟（1）、（2）、（3）。

3、測量普朗克常數

（1）將實驗儀「電壓選擇」鍵置於「–2 V～＋2V」檔，將「電流量程選擇」開關置於「」檔。將測試儀電流輸入電纜斷開，調零後重新接上。

（2）將光闌及365.0nm的濾色片裝在光電管暗盒的光輸入口上，撤掉光源出光口的遮光蓋。注意在此過程中必須用擋片遮一下汞燈，否則容易擊穿光電效應儀。

（3）從高到低調節「–2 V～＋2V」微調旋鈕，用「交點法」測量該波長對應的截止電壓，並將數據記錄於表5-26-2中。

（4）依次換上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的濾色片，重復步驟（1）、（2）、（3）。

8. 利用真空光電管及光電效應方法測量普朗克常量和測定真空光電管的光電特性曲線

一 、光電效應法測普朗克常量
二\ 測定光電管的伏安特性曲線
三、驗證光電管飽和電流與入射光強（陰極表面照度）的關系
詳細一、
實驗目的：
了解光電效應的基本規律，並用光電效應方法測量普朗克常量和測定光電管的光電特性曲線。
實驗原理：
1．光電效應實驗原理如右圖所示。其中S為 真空光電管，K為陰極，A為陽極。
2．光電流與入射光強度的關系
光電流隨加速電位差U的增加而增加，加 速電位差增加到一定量值後，光電流達到飽和值和值IH，飽和電流與光強成正比，而與入射光的頻率無關。當U= UA-UK變成負值時，光電流迅速減小。實驗指出，有一個遏止電位差Ua存在，當電位差達到這個值時，光電流為零。
3． 光電子的初動能與入射頻率之間的關系
由愛因斯坦光電效應方程 可見：光電子的初動能與入射光頻率ν呈線性關系，而與入射光的強度無關。
4． 光電效應有光電閾存在
實驗指出，當光的頻率 時，不論用多強的光照射到物質都不會產生光電效應，根據愛因斯坦光電效應方程可知： ，ν0稱為紅限。
愛因斯坦光電效應方程同時提供了測普朗克常量的一種方法：

實驗儀器：
光電管、單色儀（或濾波片）、水銀燈、檢流計（或微電流計）、直流電源、直流電壓計等，接線電路如右圖所示。
實驗內容：
1． 在365nm、405nm、436nm、546nm、577nm五種單色光下分別測出光電管的伏安特性曲線，並根據此曲線確定遏止電位差值，計算普朗克常量h。
2． 作 的關系曲線，用一元線形回歸法計算光電管陰極材料的紅限頻率、逸出功及h值，並與公認值比較。
3． 在波長為577nm的單色光，電壓為20V的情況下，分別在透光率為25%、50%、75%時的電流，進而研究飽和光電流與照射光強度的關系
原始數據：
1．波長為365nm:
電壓/V -3.00 -1.80 -1.45 -1.40 -1.20 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20
電流/
-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.2 0.7 1.3 1.9 2.8 3.7
電壓/V 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80
電流/
4.5 5.4 6.3 6.8 7.5 7.9 8.2 8.6 9.1 9.3
電壓/V 2.00 2.50 3.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
電流/
9.5 10.2 10.5 12.0 13.0 13.9 14.2 14.5
2. 波長為405nm:
電壓/V -3.00 -1.40 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40
電流/
-0.2 -0.1 0.0 0.2 0.7 1.4 2.2 3.0 3.8 4.4
電壓/V 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.50 3.00
電流/
4.8 5.3 5.6 5.9 6.2 6.4 6.6 6.8 7.1 7.3
電壓/V 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
電流/
8.1 8.7 9.0 9.2 9.3
3. 波長為436nm:
電壓/V -3.00 -2.50 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40
電流/
-0.2 -0.1 0.0 0.0 0.3 0.9 1.5 2.3 3.2 3.7
電壓/V 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.50 3.00
電流/
4.1 4.5 4.8 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.4
電壓/V 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
電流/
7.1 7.6 7.7 7.9 7.9
4. 波長為546nm:
電壓/V -3.00 -1.20 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60
電流/
-0.1 0.0 0.0 0.1 0.6 1.3 1.9 2.3 2.6
電壓/V 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.50 3.00
電流/
2.8 3.0 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.8 4.0
電壓/V 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
電流/
4.3 4.5 4.6 4.7 4.7
5. 波長為577nm:
電壓/V -3.00 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60
電流/
0.0 0.0 0.1 0.3 0.6 0.8 1.0 1.1
電壓/V 0.80 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 5.00 10.00
電流/
1.2 1.2 1.3 1.4 1.4 1.4 1.5 1.5
電壓/V 15.00 20.00 25.00
電流/
1.5 1.5 1.6
6. 波長為577nm,電壓為20V:
透光率 25% 50% 75%
電流/
0.4 0.9 1.2
數據處理:
一 . 做出五個U-I曲線:
1．波長為365nm(頻率為8.22 )時：其中所找點為的橫坐標為—1.425

2．波長為405nm(頻率為7.41 )時：其中所找點的坐標為-0.995
3．波長為436nm(頻率為6.88 )時：其中所找點的坐標為-0.935

4.波長為546nm(頻率為5.49 )時：其中所找點的坐標為-0.886

5.波長為577nm(頻率為5.20 )時：

二.
1.由上述五個U-I曲線圖,可以得出相應波長對應的遏止電位差為:
波長/nm 頻率/ Hz
顏色 遏止電位差/v
365 8.22 近紫外 -1.425
405 7.41 紫 -0.995
436 6.88 藍 -0.935
547 5.49 綠 -0.886
577 5.20 黃 無法讀出

2.由以上數據作出線性回歸直線:

Linear Regression for Data1_B:
Y = A B * X

Parameter Value Error
------------------------------------------------------------
A -0.17355 0.61919
B 0.17626 0.08758
------------------------------------------------------------

R SD N P
------------------------------------------------------------
0.8182 0.17408 4 0.1818
------------------------------------------------------------
3.由上面線性擬合可得:
普朗克常量為
紅限為
三. 飽和光電流和光強的關系（λ=577nm,U=20V）

Linear Regression for Data1_B:
Y = A B * X

Parameter Value Error
------------------------------------------------------------
A 0.1 0.09487
B 0.0144 0.00139
------------------------------------------------------------

R SD N P
------------------------------------------------------------
0.99087 0.07746 4 0.00913
得出結論:
1. 實驗測得的普朗克常量為 ;單位？
2. 實驗測得的紅限為 ;
3. 飽和光電流和光強基本上成線性關系;
誤差分析:
實驗結果中的誤差是很大的.經分析,出現誤差的最主要原因應該是遏止電位差測量的不精確.. 由於存在陽極光電效應所引起的反向電流和暗電流（即無光照射時的電流），所以測得的電流值，實際上包括上述兩種電流和由陰極光電效應所產生的正向電流三個部分，所以伏安曲線並不與U軸相切,進而使得遏止電位差的判斷較為困難.因此,實驗的成敗取決於電位差是否精確.為了減小實驗的誤差, 確定遏止電位差值，本實驗中採取了交點法測量遏止電位差,但是實驗的結果中的誤差仍然很大,因此要在實驗的同時注意以下一些注意事項以盡量減小誤差。
注意事項:
1.嚴禁光源直接照射光電窗口,每次換濾光片時,必定要把出光口蓋上;
2.嚴禁用手摸光學鏡頭表面;
3.小心輕放,不要把鏡頭摔壞；
4．測量中要注意抗外界電磁干擾，並避免光直接照射陽極和防止雜散光干擾。

9. 用萬能表測二極體的測量方法

萬用表檢測二極體：

測量時，選用萬用表的「歐姆」擋。一般用R x100或R xlk擋，而不用Rx1或R x10k擋。因為Rxl擋的電流太大，容易燒壞二極體，R xlok擋的內電源電壓太大，易擊穿二極體。

將兩表棒分別接在二極體的兩個電極上，讀出測量的阻值；然後將表棒對換再測量一次，記下第二次阻值。

若兩次阻值相差很大，說明該二極體性能良好；並根據測量電阻小的那次的表棒接法(稱之為正向連接)，判斷出與黑表棒連接的是二極體的正極，與紅表棒連接的是二極體的負極。因為萬用表的內電源的正極與萬用表的「—」插孔連通，內電源的負極與萬用表的「＋」插孔連通。

如果兩次測量的阻值都很小，說明二極體已經擊穿；如果兩次測量的阻值都很大，說明二極體內部已經斷路：兩次測量的阻值相差不大，說明二極體性能欠佳。在這些情況下，二極體就不能使用了。

檢測原理：根據二極體的單向導電性這一特點性能良好的二極體，其正向電阻小，反向電阻大；這兩個數值相差越大越好。若相差不多說明二極體的性能不好或已經損壞。

須指出：由於二極體的伏安特性是非線性的，用萬用表的不同電阻擋測量二極體的電阻時，會得出不同的電阻值；實際使用時，流過二極體的電流會較大，因而二極體呈現的電阻值會更小些。

(9)測量光電管伏安特性方法擴展閱讀：

特殊類型二極體的檢測：

1、穩壓二極體。穩壓二極體是一種工作在反向擊穿區、具有穩定電壓作用的二極體。其極性與性能好壞的測量與普通二極體的測量方法相似，不同之處在於：當使用萬用表的Rxlk擋測量二極體時，測得其反向電阻是很大的；

此時，將萬用表轉換到Rx10k檔，如果出現萬用表指針向右偏轉較大角度，即反向電阻值減小很多的情況，則該二極體為穩壓二極體；如果反向電阻基本不變，說明該二極體是普通二極體，而不是穩壓二極體。

穩壓二極體的測量原理是：萬用表Rxlk擋的內電池電壓較小，通常不會使普通二極體和穩壓二極體擊穿，所以測出的反向電阻都很大。

當萬用表轉換到Rx10k擋時，萬用表內電池電壓變得很大，使穩壓二極體出現反向擊穿現象，所以其反向電阻下降很多，由於普通二極體的反向擊穿電壓比穩壓二極體高得多，因而普通二極體不擊穿，其反向電阻仍然很大。

2、發光二極體LED。發光二極體是一種將電能轉換成光能的特殊二極體，是一種新型的冷光源，常用於電子設備的電平指示、模擬顯示等場合。它常採用砷化嫁、磷化嫁等化合物半導體製成。發光二極體的發光顏色主要取決於所用半導體的材料，可以發出紅、橙、黃、綠等四種可見光。

發光二極體的外殼是透明的，外殼的顏色表示了它的發光顏色。 發光二極體工作在正向區域，其正向導通(開啟)工作電壓高於普通二極體。外加正向電壓越大，LED發光越亮，但使用中應注意，外加正向電壓不能使發光二極體超過其最大工作電流，以免燒壞管子。

對發光二極體的檢測方法主要採用萬用表的Rx10k擋，其測量方法及對其性能的好壞判斷與普通二極體相同。但發光二極體的正向、反向電阻均比普通二極體大得多。在測量發光二極體的正向電阻時，可以看到該二極體有微微的發光現象。

10. 如何快速測量出二極體的伏安特性曲線

從二極體的特性曲線上可以具體而直觀地看出各種二極體的性能。這條曲線按照其特點可分為死區、正向導通區、反向截止區和反向擊穿區4部分，下面分別進行分析。
(1)死區
當二極體上加的正向電壓比較小時，所形成的外部電場還不足以克服PN結內所建電位差對載流子的阻擋作用，因此二極體基本上處於不導通的狀態，即曲線的OA段。
當二極體上外加的正向電壓大於一定值對，就會克服內建電位差的阻擋，使二極體的電阻變小，流過二極體的電流迅速增大。使二極體電流迅速增大的這個臨界電壓稱為死區電壓，因為它像是門檻一樣，所以有人稱它為門檻電壓。超過這個電壓後，二極體的正向電流開始明顯增長，所以也稱它為導通電壓。
死區電壓的大小與半導體材料和環境溫度有關，一般室溫下（25℃時）鍺二極體為0.2V左右，硅二極體為0.6V左右，溫度每升高1℃它們都大約降低2.5mV。
(2)正向導通區
如圖1-35中的AB段，當正向電壓超過死區電壓時，電流隨電壓的升高顯著增大，就進入了正向導通區。通常所說的二極體正向電流就是指在曲線上正向電壓為1V時對應的正向電流值。
在二極體的正向特性曲線上，各點的電壓與電流的比值並不是常數，所以，各點的直流電阻並不相等，也就是對應不同的正向直流電壓（或電流）下具有不同的直流電阻。
圖1-36是用500型萬用表的歐姆擋Xl0和×100兩擋測量二極體2AP14正向直流電阻的電路。萬用表的電池電壓E=1.5V，×10 -擋的電阻為R1=1OOΩ×100 一擋的電阻為R2=1kΩ。用×10擋測量時，由於電阻小，所以通過二極體的電流就大，此電流在圖1-37所示的二極體2AP14正向特性曲線上對應工作點是Q1，這時二極體上通過的電流為9mA，二極體兩端電壓為0.6V，那麼二極體的直流電阻為0.6/9=67Ω；用×100擋測量時，由於表內電阻大，所以通過二極體的電流就小，在圖1-37所示的正向特性曲線上對應工作點是Q2，這時二極體上通過的電流為1.2mA，端電壓為0.3V，那麼，二極體的直流電阻為0.3/1.2×10-3=250Ω。 用萬用表的不同電阻擋去測量二極體的正向直流電阻時，測出的電阻值是不同的，這是由於它處於特性曲線上的不同位置。
(3)反向截止區
當二極體的兩端加上反向電壓時，PN結呈現出一個非常大的電阻值，因此流過二極體的電流非常小，二極體處於截止狀態，特性曲線的這一段稱為反向截止區，即圖1-35中的OC段。這時P區和N區的少數載流子在PN結內建電位差電場力的作用下順利地通過，表現出一個與電壓（在一定范圍內）關系不大的反向飽和電流，再加上PN結表面的一些漏電流，總的反向電流在室溫下小功率鍺二極體約為幾百微安，小功率硅二極體約為幾微安。二極體的反向電流隨溫度的升高而增大，一般溫度每升高10℃電流大約就會增大一倍，鍺二極體本來反向電流就比較大，所以在應用時要特別注意。
(4)反向擊穿區
當二極體上外加的反向電壓高到一定值時，有可能因外加的電場過強而把被束縛在PN結中的電子強行拉出，使少數載流子數目劇增，也可能由於強電場引起電子與原子碰撞，產生大量新的載流子，這兩種因素都會引起反向電流的急劇增大，稱為電擊穿，這時二極體的工作狀態就進入了反向擊穿區，如圖1-35所示的CD段。二極體開始出現電擊穿的電壓叫作反向擊穿電壓。