测量光电管伏安特性方法

1. 测定普朗克常数的关键是什么怎样根据光电管

如下。
用光电效应方法测量普朗克常量的关键在于获得单色光、测得光电管的伏安特性曲线和确定遏止电位差值。光电效应实验及其光量子理论的解释在量子理论的确立与发展上，在解释光的波粒二象性等方面都具有划时代的深远意义。
利用光电效应制成的光电器件在科学技术中得到广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领域，具有广阔的应用前景。本实验的目的是了解光电效应基本规律，并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。

2. 光电效应测普朗克常数方法研究

用光电效应测普朗克常数
<大学物理实验>课本P280
[实验目的]
1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律；
2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法；
3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。
[实验仪器]
GD-4型智能光电效应(普朗克常数)实验仪(由光电检测装置和实验仪主机两部分组成)
光电检测装置包括：光电管暗箱GDX-1，高压汞灯箱GDX-2；高压汞灯电源GDX-3和实验基准平台GDX-4。
实验主机为：GD-4型光电效应(普朗克常数)实验仪，该仪器包含有微电流放大器和扫描电压源发生器两部分组成的整体仪器。
[实验原理]
1、普朗克常数的测定
根据爱因斯坦的光电效应方程：
（1）
(其中： 是电子的动能， 是光子的能量， 是光的频率， 是逸出功, 是普朗克常量。)
是材料本身的属性，所以对于同一种材料 是一样的。当光子的能量 时不能产生光电子，即存在一个产生光电效应的截止频率 （ ）
实验中：将 和 间加上反向电压 ( 接负极),它对光电子运动起减速作用.随着反向电压 的增加,到达阳极的光电子的数目相应减少,光电流减小。当 时，光电流降为零，此时光电子的初动能全部用于克服反向电场的作用。即
（2）
这时的反向电压叫截止电压。入射光频率不同时，截止电压也不同。将（2）式代入（1）式，得
（3）
（其中 ）式中 都是常量，对同一光电管 也是常量，实验中测量不同频率下的 ，做出 曲线。在（3）式得到满足的条件下，这是一条直线。
若电子电荷 ，由斜率 可以求出普朗克常数 。由直线上的截距可以求出溢出功 ，由直线在 轴上的截距可以求出截止频率 。如图（2）所示。
2、测量光电管的伏安特性曲线
在照射光的强度一定的情况下，光电管中的电流 与光电管两端的电压 之间存在着一定的关系。
理想曲线与实验曲线有所不同，原因有：
①、光电管的阴极采用逸出电势低的材料制成，这种材料即使在高真空中也有易氧化的趋向，使阴极表面各处的逸出电势不尽相等，同时，逸出具有最大动能的光电子数目大为减少。随着反向电压的增高，光电流不是陡然截止，而是较快降低后平缓的趋近零点。
②、阳极是用逸出电势较高的铂钨等材料做成，本来只有用远紫外线照射才能逸出光电子，因为施加在光电管上的外电场对于这些光电子来说正是一个加速电场，使得发射的光电子由阳极飞向阴极，构成反向电流。
③暗合中的光电管即使没有用光照射，在外加电压下也会有微弱的电流流通，称做暗电流，其主要原因是极间绝缘电阻漏电（包括管座以及玻璃壳内外表面的漏电）、阴极在常温下的热电子辐射等。暗电流与外加电压基本成线性关系。
[实验内容]
1、将仪器的连线接好；
2、经老师确认后，接通电源预热仪器20分钟；
3、熟悉仪器，进行一些简单的操作，并将仪器调零；
4、普朗克常数的测定
选定某一光阑孔径为 的光阑（记录其数值），在不改变光源与光电管之间的距离 的情况下，选用不同滤色片（分别有 为 ， ， ， ， ），调节光电管两端的电压 ，使得光电管中的电流为0，将此时光电管两端的电压表示为 （称为截止电压），将其记录下来；
5、测量光电管的伏安特性曲线
观察5条谱线在同一光阑孔径为 （记录其数值），在不改变光源与光电管之间的距离 （记录其数值）的情况下，改变光电管两端的电压 （范围在 ），记录电压 和对应的光电流 。
6、验证饱和电流与入射光强度成正比：
确定入射光波长 （记录其数值）、光源与光电管之间的距离 （记录其数值）以及光电管两端的电压 （一般为50V，这时认为光电管中的电流已达到最大值，即为饱和电流 ），改变光阑孔径 （分别为： ， ， ），记录对应的饱和光电流 ；
7、整理实验仪器
结束实验时，要将实验仪器按原样摆放好；

[数据的测量与处理]
1、普朗克常数的测定
表一、 关系光阑孔
入射光波长
365.0 404.7 435.8 546.1 577.0
对应频率
8.214 7.408 6.879 5.490 5.196
截止电压

要求：根据表一的实验数据（用最小二乘法处理），得出 直线的斜率 ，即可用 求出普朗克常数，并用普朗克常数的公认值 比较实验相对误差 ，式中 ， 。
2、测光电管的伏安特性曲线：
表二、 ，

要求：在坐标纸上绘出 关系曲线，并描述其特点。

3、验证饱和电流与入射光强度成正比：
表三、 （ 为光的强度）关系 ， ，
光阑孔
2 4 8

要求：作图分析实验数据（提示： 与 成正比例）
[实验总结和误差分析]

3. 测定普朗克常数的关键是什么怎样根据光电管的特性曲线选择适宜的遏止电压

仿真实验中，可不必要求暗室环境，但应该避免背景光强的剧烈变化。实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管窗口。实验结束时应盖上光电管暗箱遮光盖和汞灯遮光盖。

选择适宜的遏止电压，首先在不接输入信号的状态下对微电流测量装置调零。以365nm为例，把365nm的滤色片转到窗口（通光口），此时把电压表显示的Uak值调节为-1.999V，打开汞灯遮光盖，电流表显示对应的电流值I应为负值。用电压粗调和细调旋钮，逐步升高工作电压（即使负电压绝对值减小），当电压到达某一数值，光电管输出电流为零时，记录对应的工作电压Uak，该电压即为365nm单色光的遏止电压。

4. 光电效应有哪几种

光电效应
1)概述

在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。

(2)说明

①光电效应的实验规律。

a．阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子数和照射发光强度成正比。

b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。

c．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发出光电子，这个频率蛳叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应的波长λ。叫做红限波长。不同物质的极限频率”。和相应的红限波长λ。是不同的。

几种金属材料的红限波长

金 属 铯 钠 锌 银 铂

红限波长(埃) 6520 5400 3720 2600 1960

d．从实验知道，产生光电流的过程非常快，一般不超过lO-9秒；停止用光照射，光电流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。

②解释光电效应的爱因斯坦方程：根据爱因斯坦的理论，当光子照射到物体上时，它的能量可以被物体中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量hυ后，能量增加，不需要积累能量的过程。如果电子吸收的能量hυ足够大，能够克服脱离原子所需要的能量(即电离能量)I和脱离物体表面时的逸出功(或叫做功函数)W，那末电子就可以离开物体表面脱逸出来，成为光电子，这就是光电效应。

爱因斯坦方程是

hυ=(1/2)mv2+I+W

式中(1/2)mv2是脱出物体的光电子的初动能。

金属内部有大量的自由电子，这是金属的特征，因而对于金属来说，I项可以略去，爱因斯坦方程成为

hυ=(1/2)mv2+W

假如hυ<W,电子就不能脱出金属的表面。对于一定的金属，产生光电效应的最小光频率(极限频率) υ0。由

hυ0=W确定。相应的红限波长为 λ0=C/υ0=hc/W。

发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加，因而发射的光电子数和照射光的强度成正比。

③利用光电效应可制造光电倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下来。

电光效应
电光效应

electro-optical effect

某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性的效应。电光效应包括克尔效应和泡克耳斯效应。

克尔效应 1875年英国物理学家J.克尔发现，玻璃板在强电场作用下具有双折射性质，称克尔效应。后来发现多种液体和气体都能产生克尔效应。观察克尔效应的实验装置如图所示。内盛某种液体（如硝基苯）的玻璃盒子称为克尔盒，盒内装有平行板电容器，加电压后产生横向电场。克尔盒放置在两正交偏振片之间。无电场时液体为各向同性，光不能通过P2。存在电场时液体具有了单轴晶体的性质，光轴沿电场方向，此时有光通过P2（见偏振光的干涉）。实验表明 ，在电场作用下，主折射率之差与电场强度的平方成正比。电场改变时，通过P2的光强跟着变化，故克尔效应可用来对光波进行调制。液体在电场作用下产生极化，这是产生双折射性的原因。电场的极化作用非常迅速，在加电场后不到10-9秒内就可完成极化过程，撤去电场后在同样短的时间内重新变为各向同性。克尔效应的这种迅速动作的性质可用来制造几乎无惯性的光的开关——光闸，在高速摄影、光速测量和激光技术中获得了重要应用。

5. 光电效应测普朗克常数拐点法解释

实验简介

1905年，年仅26岁的爱因斯坦（A.Einstein）提出光量子假说，发表了在物理学发展史上具有里程碑意义的光电效应理论，10年后被具有非凡才能的物理学家密里根（Robert Millikan）用光辉的实验证实了。两位物理大师之间微妙的默契配合推动了物理学的发展，他们都因光电效应等方面的杰出贡献分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖。

光电效应实验及其光量子理论的解释在量子理论的确立与发展上，在解释光的波粒二象性等方面都具有划时代的深远意义。利用光电效应制成的光电器件在科学技术中得到广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领域，具有广阔的应用前景。

本实验的目的是了解光电效应基本规律，并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。

实验原理

当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。

光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。其中S为真空光电管，K为阴极，A为阳极。当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K上时，形成光电流，光电流随加速电位差U变化的伏安特性曲线如图8.2.1-2所示。

n 光电流与入射光强度的关系

光电流随加速电位差U的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。

n 光电子的初动能与入射光频率之间的关系

光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子在逆着电场力方向由K极向A极运动。当 时，光电子不再能达到A极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力所作的功。即

(1)

根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。每一光子的能量为，其中为普朗克常量，为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知

(2)

式（2）称为爱因斯坦光电效应方程。

由此可见，光电子的初动能与入射光频率成线性关系，而与入射光的强度无关。

n 光电效应有光电阈存在

实验指出，当光的频率时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2）， ，称为红限。

爱因斯坦，光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：由式（1）和（2）可得： 。当用不同频率（ ）的单色光分别做光源时，就有

任意联立其中两个方程就可得到

由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差及可算出普朗克常量，也可由直线的斜率求出。

因此，用光电效应方法测量普朗克常量的关键在于获得单色光、测得光电管的伏安特性曲线和确定遏止电位差值。

实验中，单色光可由水银灯光源经过单色仪选择谱线产生。水银灯是一种气体放电光源，点燃稳定后，在可见光区域内有几条波长相差较远的强谱线，如表8.2.1-1所示。单色仪的鼓轮读数与出射光的波长存在一一对应关系，由单色仪的定标曲线，即可查出出射单色光的波长（有关单色仪的结构和使用方法请参阅有关说明书），也可用水银灯（或白炽灯）与滤光片联合作用产生单色光。

为了获得准确的遏止电位差值，本实验用的光电管应该具备下列条件：

l 对所有可见光谱都比较灵敏。

l 阳极包围阴极，这样当阳极为负电位时，大部分光电子仍能射到阳极。

l 阳极没有光电效应，不会产生反响电流。

l 暗电流很小。

但是实际使用的真空型光电管并不完全满足以上条件。由于存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流（即无光照射时的电流），所以测的得电流值，实际上包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分，所以伏安曲线并不与U轴相切。由于暗电流是由阴极的热电子发射及光电管管壳楼电等原因产生，与阴极正向光电流相比，其值很小，且基本上随电位差U呈线性变化，因此可忽略其对遏止电位差的影响。阳极反向光电流虽然在实验中较显着，但它服从一定规律。据此，确定遏止电位差值，可采用以下两种方法：

l 交点法

光电管阳极用逸出功较大的材料制作，制作过程中尽量防止阴极材料蒸发，实验前对光电管阳极通电，减少其上溅射的阴极材料，实验中避免入射光直接照射到阳极上，这样可使它的反向电流大大减少，器伏安特性曲线与图8.2.1-2十分接近，因此曲线与U轴交点的电位差近似等于遏止电位差，此即交点法。

l 拐点法

光电管阳极反向光电流虽然较大，但在结构设计上，若是反向光电流能较快地饱和，则伏安特性曲线在反向电流进入饱和段后有着明显的拐点，如图8.2.1-3所示，此拐点的电位差即为遏止电位差。

实验内容

通过实验了解光电效应的基本规律，并用光电效应法测量普朗克常量。

n 在577.0nm、546.1nm、435.8nm、404.7nm四种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线，并根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常量。

本实验所用仪器有：光电管、单色仪（或滤波片）、水银灯、检流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等，接线电路图如图8.2.1-4所示。

实验中光电流比较微弱，其值与光电管类型，单色光强弱等因素有关，因此应根据实际情况选用合适的测量仪器。例如，选用GD-4、GD-5、或1977型光电管，选用的检流计的分度值应在A/分度左右。如果要测量更微弱的电流可用微电流计，可测量A的电流。

由于光电管的内阻很高，光电流如此之微弱，因此测量中要注意抗外界电磁干扰。并避免光直接照射阳极和防止杂散光干扰。

n 作的关系曲线，用一元线性回归法计算光电管阴极材料的红限频率、逸出功及值，并与公认值比较。

n 选做

l 测量光电管在正压下的伏安特性曲线。

l 测定光电管的光电特性曲线，即饱和光电流与照射光强度的关系。

l 自行设计方案测量光电管阴极光电流在加速电压下的伏安特性曲线，改变光源与光电管的距离，光强正比于，利用此测量光电管的光电特性曲线。

设计性内容

n (1) 测量光电管在正压下的伏安特性曲线。

n (2) 测定光电管的光电特性，即饱和光电流与照射光强度的关系曲线，并对实验结果进行分析。
1)根据滤光片的中心峰波长值及其对应的透射率，选取合适的一组滤光片，自行设计方案测量光电管阴极光电流在加速电压下的伏安特性曲线。
2) 改变光源与光电管的距离d, 光强正比于，利用此测量光电管的光电特性曲线。

实验重点

n 从光电管的伏安特性曲线，验证爱因斯坦光电效应方程。

n 正确学会数据处理的方法，计算普朗克常量和光电管阴极材料的红限值。

实验难点

n 本实验验证爱因斯坦光电效应方程时，需要测出光电管的正向和反向特性曲线，如何正确设计光电管阳极和阴极与电源的接线图？

n 设计实验方案，由光电管的反向伏安特性曲线，测出不同光频率对应的遏止电位差值，并由此计算普朗克常量和光电管阴极材料的红限值。

6. 在光电效应测普朗克常量实验误差有哪些

实验误差主要有以下几点：

1、单色光不够严格以及阴极光电流的遏止电势差的确定。

2、光电管的阳极光电流和光电流的暗电流因素。

(6)测量光电管伏安特性方法扩展阅读

光电效应和普朗克常量的测定

一、实验目的

1、了解光电效应的基本规律；

2、掌握普朗克常量的测量方法；

3、掌握光电管的伏安特性和光电特性的测量方法。

二、实验仪器

ZKY-GD-4 智能光电效应实验仪（包括汞灯及电源，滤色片，光阑，光电管和智能实验仪）。

利用光电管制成的光控制电器，可以用于自动控制，如自动计数、自动报警、自动跟踪等等。它的工作原理是：当光照在光电管上时，光电管电路中产生电光流，经过放大器放大，使电磁铁M磁化，而把衔铁N吸住，当光电管上没有光照时，光电管电路中没有电流，电磁铁M就自动控制，利用光电效应还可测量一些转动物体的转速。

7. 光电效应及普朗克常量的测量实验现象

光电效应实验及其光量子理论的解释在量子理论的确立与发展上，在解释光的波粒二象性等方面都具有划时代的深远意义。利用光电效应制成的光电器件（如：光电管、光电池、光电倍增管等）在科学技术中得到广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领域，具有广阔的应用前景。
【实验目的】

1、了解光电效应基本规律；

2、用光电效应方法测量普朗克常量；

3、测定光电管的光电特性曲线。

【实验仪器】

【实验原理】

当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。

光电效应实验原理如图5-26-2所示。其中S为真空光电管，K为阴极，A为阳极。当无光照射阴极时，由于阳极与阴极之间是断路，所以检流计G中无电流流过，当用一波长比较短的

单色光照射到阴极K上时，形成光电流，光电流随加速电位差U变化的伏安特性曲线如图5-26-3所示。

1、 光电流与入射光强度的关系

光电流随加速电位差U的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。实验指出，有一个遏止电位差存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。

2、光电子的初动能与入射光频率之间的关系

实验证明：光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光频率有关。

3、光电效应有红限频率存在

不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应.

实验时，应根据光电管的U～I曲线的特点来选择交点法或拐点法。本实验采用的光电管，其阴极电流上升很快，反向电流较小，故采用“交点法”确定截止电压。

【实验内容与步骤】

1、测试前的准备

(1)用遮光盖挡住汞灯光源出光口，将测试仪及汞灯电源接通，预热20分钟，使其处于稳定工作状态。

(2)调节实验仪板面“电流调零”旋钮，使其显示“000.0”。每换一次量程，必须重新调零。

(3)用屏蔽电缆线将微电流输入端与K连接、电压输出端与光电管暗箱A及接地连接。

2、测量光电管的伏安特性曲线。

(1)将实验仪“电压选择”键置于“-2V～+30V”状态，将“电流量程选择”开关置于“”档。

(2)将测定仪电流输入电缆断开，调节实验仪“电流调零”旋钮，使电流显示“00.0A”，重新接上电流输入电缆线。

（3）将光阑及365.0nm的滤色片装在光电管暗盒的光输入口上，撤掉光源出光口的遮光盖。注意在此过程中必须用挡片遮一下汞灯，否则容易击穿光电效应仪。从低到高缓慢调节“-2V～+30V”电压微调旋钮，记录电流从零到非零点所对应的电压值作为第一组数据，令电压输出值缓慢由-2伏增加到+30V，-2到0之间每隔0.3V记一个电流值，0到30之间每隔2V记一个电流值。将数据记录于表5-26-1中。在伏安特性曲线转弯处应多测几组数据，以便作图。

(4)依次换上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的滤色片，重复步骤（1）、（2）、（3）。

3、测量普朗克常数

（1）将实验仪“电压选择”键置于“–2 V～＋2V”档，将“电流量程选择”开关置于“”档。将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上。

（2）将光阑及365.0nm的滤色片装在光电管暗盒的光输入口上，撤掉光源出光口的遮光盖。注意在此过程中必须用挡片遮一下汞灯，否则容易击穿光电效应仪。

（3）从高到低调节“–2 V～＋2V”微调旋钮，用“交点法”测量该波长对应的截止电压，并将数据记录于表5-26-2中。

（4）依次换上404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm的滤色片，重复步骤（1）、（2）、（3）。

8. 利用真空光电管及光电效应方法测量普朗克常量和测定真空光电管的光电特性曲线

一 、光电效应法测普朗克常量
二\ 测定光电管的伏安特性曲线
三、验证光电管饱和电流与入射光强（阴极表面照度）的关系
详细一、
实验目的：
了解光电效应的基本规律，并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。
实验原理：
1．光电效应实验原理如右图所示。其中S为 真空光电管，K为阴极，A为阳极。
2．光电流与入射光强度的关系
光电流随加速电位差U的增加而增加，加 速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值和值IH，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= UA-UK变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差Ua存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。
3． 光电子的初动能与入射频率之间的关系
由爱因斯坦光电效应方程 可见：光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。
4． 光电效应有光电阈存在
实验指出，当光的频率 时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程可知： ，ν0称为红限。
爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：

实验仪器：
光电管、单色仪（或滤波片）、水银灯、检流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等，接线电路如右图所示。
实验内容：
1． 在365nm、405nm、436nm、546nm、577nm五种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线，并根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常量h。
2． 作 的关系曲线，用一元线形回归法计算光电管阴极材料的红限频率、逸出功及h值，并与公认值比较。
3． 在波长为577nm的单色光，电压为20V的情况下，分别在透光率为25%、50%、75%时的电流，进而研究饱和光电流与照射光强度的关系
原始数据：
1．波长为365nm:
电压/V -3.00 -1.80 -1.45 -1.40 -1.20 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20
电流/
-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.2 0.7 1.3 1.9 2.8 3.7
电压/V 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80
电流/
4.5 5.4 6.3 6.8 7.5 7.9 8.2 8.6 9.1 9.3
电压/V 2.00 2.50 3.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
电流/
9.5 10.2 10.5 12.0 13.0 13.9 14.2 14.5
2. 波长为405nm:
电压/V -3.00 -1.40 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40
电流/
-0.2 -0.1 0.0 0.2 0.7 1.4 2.2 3.0 3.8 4.4
电压/V 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.50 3.00
电流/
4.8 5.3 5.6 5.9 6.2 6.4 6.6 6.8 7.1 7.3
电压/V 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
电流/
8.1 8.7 9.0 9.2 9.3
3. 波长为436nm:
电压/V -3.00 -2.50 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40
电流/
-0.2 -0.1 0.0 0.0 0.3 0.9 1.5 2.3 3.2 3.7
电压/V 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.50 3.00
电流/
4.1 4.5 4.8 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.4
电压/V 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
电流/
7.1 7.6 7.7 7.9 7.9
4. 波长为546nm:
电压/V -3.00 -1.20 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60
电流/
-0.1 0.0 0.0 0.1 0.6 1.3 1.9 2.3 2.6
电压/V 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.50 3.00
电流/
2.8 3.0 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.8 4.0
电压/V 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
电流/
4.3 4.5 4.6 4.7 4.7
5. 波长为577nm:
电压/V -3.00 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60
电流/
0.0 0.0 0.1 0.3 0.6 0.8 1.0 1.1
电压/V 0.80 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 5.00 10.00
电流/
1.2 1.2 1.3 1.4 1.4 1.4 1.5 1.5
电压/V 15.00 20.00 25.00
电流/
1.5 1.5 1.6
6. 波长为577nm,电压为20V:
透光率 25% 50% 75%
电流/
0.4 0.9 1.2
数据处理:
一 . 做出五个U-I曲线:
1．波长为365nm(频率为8.22 )时：其中所找点为的横坐标为—1.425

2．波长为405nm(频率为7.41 )时：其中所找点的坐标为-0.995
3．波长为436nm(频率为6.88 )时：其中所找点的坐标为-0.935

4.波长为546nm(频率为5.49 )时：其中所找点的坐标为-0.886

5.波长为577nm(频率为5.20 )时：

二.
1.由上述五个U-I曲线图,可以得出相应波长对应的遏止电位差为:
波长/nm 频率/ Hz
颜色 遏止电位差/v
365 8.22 近紫外 -1.425
405 7.41 紫 -0.995
436 6.88 蓝 -0.935
547 5.49 绿 -0.886
577 5.20 黄 无法读出

2.由以上数据作出线性回归直线:

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.由上面线性拟合可得:
普朗克常量为
红限为
三. 饱和光电流和光强的关系（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
得出结论:
1. 实验测得的普朗克常量为 ;单位？
2. 实验测得的红限为 ;
3. 饱和光电流和光强基本上成线性关系;
误差分析:
实验结果中的误差是很大的.经分析,出现误差的最主要原因应该是遏止电位差测量的不精确.. 由于存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流（即无光照射时的电流），所以测得的电流值，实际上包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分，所以伏安曲线并不与U轴相切,进而使得遏止电位差的判断较为困难.因此,实验的成败取决于电位差是否精确.为了减小实验的误差, 确定遏止电位差值，本实验中采取了交点法测量遏止电位差,但是实验的结果中的误差仍然很大,因此要在实验的同时注意以下一些注意事项以尽量减小误差。
注意事项:
1.严禁光源直接照射光电窗口,每次换滤光片时,必定要把出光口盖上;
2.严禁用手摸光学镜头表面;
3.小心轻放,不要把镜头摔坏；
4．测量中要注意抗外界电磁干扰，并避免光直接照射阳极和防止杂散光干扰。

9. 用万能表测二极管的测量方法

万用表检测二极管：

测量时，选用万用表的“欧姆”挡。一般用R x100或R xlk挡，而不用Rx1或R x10k挡。因为Rxl挡的电流太大，容易烧坏二极管，R xlok挡的内电源电压太大，易击穿二极管。

将两表棒分别接在二极管的两个电极上，读出测量的阻值；然后将表棒对换再测量一次，记下第二次阻值。

若两次阻值相差很大，说明该二极管性能良好；并根据测量电阻小的那次的表棒接法(称之为正向连接)，判断出与黑表棒连接的是二极管的正极，与红表棒连接的是二极管的负极。因为万用表的内电源的正极与万用表的“—”插孔连通，内电源的负极与万用表的“＋”插孔连通。

如果两次测量的阻值都很小，说明二极管已经击穿；如果两次测量的阻值都很大，说明二极管内部已经断路：两次测量的阻值相差不大，说明二极管性能欠佳。在这些情况下，二极管就不能使用了。

检测原理：根据二极管的单向导电性这一特点性能良好的二极管，其正向电阻小，反向电阻大；这两个数值相差越大越好。若相差不多说明二极管的性能不好或已经损坏。

须指出：由于二极管的伏安特性是非线性的，用万用表的不同电阻挡测量二极管的电阻时，会得出不同的电阻值；实际使用时，流过二极管的电流会较大，因而二极管呈现的电阻值会更小些。

(9)测量光电管伏安特性方法扩展阅读：

特殊类型二极管的检测：

1、稳压二极管。稳压二极管是一种工作在反向击穿区、具有稳定电压作用的二极管。其极性与性能好坏的测量与普通二极管的测量方法相似，不同之处在于：当使用万用表的Rxlk挡测量二极管时，测得其反向电阻是很大的；

此时，将万用表转换到Rx10k档，如果出现万用表指针向右偏转较大角度，即反向电阻值减小很多的情况，则该二极管为稳压二极管；如果反向电阻基本不变，说明该二极管是普通二极管，而不是稳压二极管。

稳压二极管的测量原理是：万用表Rxlk挡的内电池电压较小，通常不会使普通二极管和稳压二极管击穿，所以测出的反向电阻都很大。

当万用表转换到Rx10k挡时，万用表内电池电压变得很大，使稳压二极管出现反向击穿现象，所以其反向电阻下降很多，由于普通二极管的反向击穿电压比稳压二极管高得多，因而普通二极管不击穿，其反向电阻仍然很大。

2、发光二极管LED。发光二极管是一种将电能转换成光能的特殊二极管，是一种新型的冷光源，常用于电子设备的电平指示、模拟显示等场合。它常采用砷化嫁、磷化嫁等化合物半导体制成。发光二极管的发光颜色主要取决于所用半导体的材料，可以发出红、橙、黄、绿等四种可见光。

发光二极管的外壳是透明的，外壳的颜色表示了它的发光颜色。 发光二极管工作在正向区域，其正向导通(开启)工作电压高于普通二极管。外加正向电压越大，LED发光越亮，但使用中应注意，外加正向电压不能使发光二极管超过其最大工作电流，以免烧坏管子。

对发光二极管的检测方法主要采用万用表的Rx10k挡，其测量方法及对其性能的好坏判断与普通二极管相同。但发光二极管的正向、反向电阻均比普通二极管大得多。在测量发光二极管的正向电阻时，可以看到该二极管有微微的发光现象。

10. 如何快速测量出二极管的伏安特性曲线

从二极管的特性曲线上可以具体而直观地看出各种二极管的性能。这条曲线按照其特点可分为死区、正向导通区、反向截止区和反向击穿区4部分，下面分别进行分析。
(1)死区
当二极管上加的正向电压比较小时，所形成的外部电场还不足以克服PN结内所建电位差对载流子的阻挡作用，因此二极管基本上处于不导通的状态，即曲线的OA段。
当二极管上外加的正向电压大于一定值对，就会克服内建电位差的阻挡，使二极管的电阻变小，流过二极管的电流迅速增大。使二极管电流迅速增大的这个临界电压称为死区电压，因为它像是门槛一样，所以有人称它为门槛电压。超过这个电压后，二极管的正向电流开始明显增长，所以也称它为导通电压。
死区电压的大小与半导体材料和环境温度有关，一般室温下（25℃时）锗二极管为0.2V左右，硅二极管为0.6V左右，温度每升高1℃它们都大约降低2.5mV。
(2)正向导通区
如图1-35中的AB段，当正向电压超过死区电压时，电流随电压的升高显着增大，就进入了正向导通区。通常所说的二极管正向电流就是指在曲线上正向电压为1V时对应的正向电流值。
在二极管的正向特性曲线上，各点的电压与电流的比值并不是常数，所以，各点的直流电阻并不相等，也就是对应不同的正向直流电压（或电流）下具有不同的直流电阻。
图1-36是用500型万用表的欧姆挡Xl0和×100两挡测量二极管2AP14正向直流电阻的电路。万用表的电池电压E=1.5V，×10 -挡的电阻为R1=1OOΩ×100 一挡的电阻为R2=1kΩ。用×10挡测量时，由于电阻小，所以通过二极管的电流就大，此电流在图1-37所示的二极管2AP14正向特性曲线上对应工作点是Q1，这时二极管上通过的电流为9mA，二极管两端电压为0.6V，那么二极管的直流电阻为0.6/9=67Ω；用×100挡测量时，由于表内电阻大，所以通过二极管的电流就小，在图1-37所示的正向特性曲线上对应工作点是Q2，这时二极管上通过的电流为1.2mA，端电压为0.3V，那么，二极管的直流电阻为0.3/1.2×10-3=250Ω。 用万用表的不同电阻挡去测量二极管的正向直流电阻时，测出的电阻值是不同的，这是由于它处于特性曲线上的不同位置。
(3)反向截止区
当二极管的两端加上反向电压时，PN结呈现出一个非常大的电阻值，因此流过二极管的电流非常小，二极管处于截止状态，特性曲线的这一段称为反向截止区，即图1-35中的OC段。这时P区和N区的少数载流子在PN结内建电位差电场力的作用下顺利地通过，表现出一个与电压（在一定范围内）关系不大的反向饱和电流，再加上PN结表面的一些漏电流，总的反向电流在室温下小功率锗二极管约为几百微安，小功率硅二极管约为几微安。二极管的反向电流随温度的升高而增大，一般温度每升高10℃电流大约就会增大一倍，锗二极管本来反向电流就比较大，所以在应用时要特别注意。
(4)反向击穿区
当二极管上外加的反向电压高到一定值时，有可能因外加的电场过强而把被束缚在PN结中的电子强行拉出，使少数载流子数目剧增，也可能由于强电场引起电子与原子碰撞，产生大量新的载流子，这两种因素都会引起反向电流的急剧增大，称为电击穿，这时二极管的工作状态就进入了反向击穿区，如图1-35所示的CD段。二极管开始出现电击穿的电压叫作反向击穿电压。