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光电效应实验报告心得体会

时间:2018-05-15 12:15

光电效应实验的结论

每种金属都有它的极限频率ν0,只有入射光子的频率大于极限频率ν0时,才会发生光电效应,且入射光的强度越小则产生的光子数越少,光电流越弱,由光电效应方程Ek=hν-W=hν-hν0,可知入射光子的频率越大,产生的光电子的最大初动能也越大,与入射光。

光电效应和普朗克常量的测定 实验报告

实验是通过测量入射光频率v和对应反向电压u0后,ekm=e*u0 可得子的最大初动能ekm,根据光电效应方程 hv=ekm+w (w是阴极材料的逸出功)得u0=(h\\\/e)v-(w\\\/e)用不同频率的光照射,测得不同的反向截止电压。

上式中,u0作为因变量,v作为自变量,画出一条直线,直线的斜率就等于(h\\\/e),e是电子电量(已知),在直线上求得斜率后,就能求得普朗克常量h了。

求一篇大学物理期末实验报告总结,1000字左右,是总结这学期的课程论文,急~~

我们知道,屏幕的亮度是与落在屏幕上面的光子数的多少有关的。

严格地说,屏幕的亮度是以垂直于屏幕的光线与屏幕的交点为中心向四周逐渐变暗的。

但这种变化决不是几率问题。

证明如下:把S1放在一个半径为R1的球的中心,假设S1在单位时间里发射出N个光子,则单位球面积上所接受的光子数等于光子数N除以球的总面积4πR12,如果把球的半径由R1变为R2(R2>R1),则在单位球面积上所接受的光子数就变为N除以4πR22,由于R2大于R1,所以半径为R1的球在单位球面积上接受的光子数大于R2球单位面积上的光子数。

这就是为什么屏幕上的亮度是由明到暗逐渐变化的原因。

当屏幕距光源的距离很大且屏幕的面积又很小时,就可以近似的认为屏幕上的光子是均匀分布的。

现在把另一个相干光源S2放在靠近S1的地方,情况有了变化。

在垂直两个光源的平面上出现了明暗相间的圆环,而在平行两个光源的平面上,则出现了明暗相间的条纹见图一,这就是人们所说的光的干涉条纹。

因为干涉现象是波动的最主要特征,所以这也就成了光具有波动性的最有力证据之一。

我们知道机械波是振动在媒质中的传播,当有两列相干波源存在时,媒质中任意一点的振动是两列波各自到达这一点时波的叠加。

当到达这一点的两列波的相位相同时,则在这一点上的振幅最大,如果两列波的相位相差1800时,则振动的振幅相互抵消,这样就形成了有规则的干涉条纹。

经典光学正是套用机械波的方法证明光的干涉条纹的,而传播光的媒质以太已被证明是根本不存在的,这样用机械波的方法证明光的干涉条纹也就显得比较牵强。

量子力学在解释干涉条纹时则采用的是几率波的方法,认为亮的地方是光子出现几率多的地方,暗的地方则是光子出现几率少的地方。

问题是当只有一个光源时,光子是均匀分布在屏幕上的,而当存在另一个相干光源时,按照量子理论光子就会集中出现在一些地方而不去另一些地方,几率的解释是不能使人心悦诚服地接受的。

爱因斯坦曾用上帝不掷骰子来表达他对用几率描述单个粒子行为的厌恶。

这就是目前对于光的干涉现象的两种正统解释方法。

我们对于光本性的认识是否还存在其它我们没有考虑到的因素,是否还存在其它的证明方法来统一光的波粒二象性即用一种理论解释来解释波动性和粒子性呢

为了找到这种新的理论,在此我们不得不在现有光量子理论基础上进行一些必要的修正即单个光量子的能量是变化的,光子的能量和质量是相互转化的,转化的频率就是光的频率。

频率快光子的能量大质量小,相反,频率慢则光子的能量小质量大,这样光子在空间所走的路程就形成了一条类波的轨迹。

在论证光的干涉现象之前,我们先对光源进行定义。

单频率点光源---频率单一且所有光子在离开光源时的状态(相位)都相同。

单频率点光源具有这样两个特点,其一在距光源某一点的空间位置上,光子的状态不随时间变化。

其二光子的状态随距点光源的距离作周期变化。

光的波长指的是光子在一个周期的时间内在空间运行的距离。

我们在x轴上设置两个点光源S1和S2,如图一所示。

令P为垂直平面上的一点,从P点到S1和S2的光程差PS1-PS2为波长的某个正数倍ml (m=±1,2,3,…)。

从S1和S2出发的两列光子,将同相地达到P点,状态相同。

再令Q为垂直平面上的另一点,从Q到S1和S2的光程差也为ml。

过P和Q点做一条曲线,使得这曲线上所有过XO的垂直平面内的点的轨迹都具有这样的性质,即这条曲线上任意一点到S1和S2的距离之差为常数,根据解析几何我们知道,这曲线是一条双曲线。

如果我们设想这一双曲线以直线XO为轴旋转,则它将扫出一个曲面,叫做双曲面。

我们看到,在这曲面上的任意一点,来自S1和S2的光子始终都是同相位的(相位差保持不变),光子在曲面上的每一点的状态是一定的,沿曲面上的点的状态是周期变化的。

由于光的波长很短,光子沿曲面的这种周期变化是不容易被观测到。

同理,我们令T为垂直平面上的另一点(图中未画出),从T点到S1和S2的光程差TS1-TS2为波长的l\\\/2×(2m+1)倍(m=±1,2,3,…)。

从S1和S2出发的两列光子,将以1800的相位差达到T点。

再令V为垂直平面上的另一点(图中未画出),从V到S1和S2的光程差也为道长l\\\/2×(2m+1)倍。

过T和V做一条曲线使这曲线上任一点到两定点S1和S2的距离之差为常数,这曲线也是一条双曲线,以XO为轴旋转同样将扫出一双曲面。

所不同的是来自S1和S2的光子到达这曲面上的任意一点的相位差始终为1800,叠加后的最终状态是一个恒定的值。

图一是在S1到S2的距离为3l,P点的光程差为PS1-PS2=2l(m=2)这一简单情况下画出的。

m=1的那条双曲线是垂直平面内光程差为l的那些点的轨迹。

光程差为零(m=0)的各点的轨迹是过S1S2中点的一条直线。

由它绕XO旋转而成的将是一个平面。

图中还画出m= -1和m= -2的双曲线。

在这种情况下,这五条曲线绕XO旋转而产生五个曲面,这五个曲面将S1和S2两光源所形成的能量场分成了6个左右对称的无限延伸的能量空间。

屏幕上亮线将出现在屏幕与诸双曲面相交的那些曲线的任何所在位置上。

如果两点光源间的距离是许多个波长,则将存在许多曲面,在这些曲面上各光子相互加强。

因而在平行于两光源连线的屏幕上,将形成许多明暗相间的双曲线(几乎是直线)干涉条纹。

而在垂直于两光源连线的屏幕上将形成许多明暗相间的圆形干涉条纹。

两条相邻的明条纹之间的关系是光程差相差一个l,暗条纹与相邻明条纹之间相差l\\\/2。

干涉条纹从明到暗再到明之间的相位变化是从同相到相差1800相位再到同相。

为了检验以上的设想是否正确,这里我结合光的干涉实验和光电效应实验设计了一个简单实验。

第一步用光干涉仪产生明暗相间的干涉条纹。

第二步将光电管依次放在从明到暗条纹的不同位置上,当然采用的单色光源频率要在临阈频率之上,观察产生光电子动能的大小。

如果按照现有光量子理论,光电子的动能应该是不变的,原因是光子的能量只与光的频率有关而与光的亮度无关,干涉后光的频率并没有变化,所以在从明到暗的条纹上,测得的光电子的动能应该是不变的。

再从量子理论的观点来分析,明亮的地方光子出现的几率大,暗的地方光子出现的几率小,明暗只是单位面积上光子数不同而已,光子的动能并没有改变,所以结论也是光电子的动能不变。

而我的结论则是在从明到暗的干涉条纹上光子数是一样的,产生的光电子的动能是从大到小连续变化的。

如果实验的结果与我所做的推论一致,我们不妨把这一结论推广到一切实物粒子,因为实物粒子也具有波粒二象性,即一切实物粒子自身的能量与质量之间始终处在不停地相互变化中,这也正是量子力学波函数所要描述的微观世界粒子的客观实在图像。

液晶电光效应实验报告怎么写啊

用模拟法描绘静电场静电场是由电荷分布决定的。

给定区域内的电荷分布和介质分布及边界条件,可根据麦克斯韦议程组和边界条件来求得电场分布。

但大多数情况下求出解析解,因此,要靠数字解法求出或实验方法测出电场分布。

【实验目的】1.学会用模拟法描绘和研究静电场的分布状况。

2.掌握了解模拟法应用的条件和方法。

3.加深对电场强度及电势等基本概念的理解。

【实验仪器】导电液体式电场描绘仪,同轴电极,平行板电极,白纸(自备)【实验原理】直接测量静电场是很困难的,因为仪表(或其探测头)放入静电场中会使被测电场发生一定变化。

如果用静电式仪表测量,由于场中无电流流过,不起作用。

因此,在实验中采用恒定电流场来模拟静电场。

即通过测绘点定电流场的分布来测绘对应的静电场分布。

模拟法的要求是:仿造一个场(称为模拟场),使它的分布和静电场的分布完全一样,当用探针去探测曲势分布时,不会使电场分布发生畸变,这样就可以间接测出静电场。

用模拟法测量静电场的方法之一是用电流场代替静电场。

由电磁学理论可知电解质(或水液)中稳恒电流的电流场与电介质(或真空)中的静电场具有相似性。

在电流场的无源区域中,电流密度矢量和静电场中的电场强度矢量所遵从的物理规律具有相同的数学形式,所以这两种场具有相似性。

在相似的场源分布和相似的边界条件下,它们的解的表达式具有相同的数学模型。

如果把连接电源的两个电极放在不良导体如稀薄溶液(或水液)中,在溶液中将产生电流场。

电流场中有许多电位彼此相等的点,测出这些电位相等的点,描绘成面就是等位面。

这些面也是静电场中的等位面。

通常电场分布是在三维空间中,但在水液中进行模拟实验时,测出的电场是在一个水平面内的分布。

这样等位面就变成了等位线,根据电力线与等位线正交的关系,即可画出电力线。

这些电力线上每一点切线方向就是该点电场强度的方向。

这就可以用等位线和电力线形象地表示静电场的分布了。

检测电流中各等位点时,不影响电流线的分布,测量支路不能从电流场中取出电流,因此,必须使用高内阻电压就能消除这种影响。

当电极接上交流电压时,产生交流电场的瞬时值是随时间变化的,但交流电压的有效值与直流电压是等效的(见附录),所以在交流电场中用交流电压表测量有效值的等位线与直流电场中测量同值的等位线,其效果和位置完全相同。

模拟法的应用条件是“模拟场“的基本规律或所满足的数学议程要与被模拟的场完全一样,这种模拟为数学模拟。

恒定电流场和静电场满足相似的偏微分方程,只要带电体(即电极)的形状和大小,它们之间的相对位置以及边界条件一样。

那么这两个场的分布就是一样的。

根据静电场与恒定电流场的对应关系,上述静电场可以用下面的恒定电流场来模拟:两长直同轴圆柱形导体,内圆柱半径为a,外圆筒内半径为b,其间充以电容率为 的均匀电介质,内外圆柱保持电势差V0=VA—VB。

只要我们测出模拟恒定电流场的分布,则可得出被模拟静电场的分布。

不用形状的电极,可以模拟不同形状的静电场,如平行板电极,可以模拟平行板电容器中的静电场。

图a 图b如图a所示为一个同轴圆柱电极,内电极半径为a,外电极半径为b,内电极电势Va,外电极电势Vb=0,在两极间距轴心r处的电势为: ,由高斯定理知半径为r的圆柱面上的电场是: 式中λ是圆柱面单位长度上的电量,ε是两极间介电常数,由两式可得 当r=b时, ,则 ,代入上式有:此式即为同轴圆柱电极间静电场中的电势分布公式。

若在同轴圆柱电极间充填均匀不良导体,在该电极间将形成稳定的电流场。

同上道理,也可推导出稳定电流场中的电势分布公式为比较两个公式不难看出,它们都满足高斯定理的拉普拉斯方程,其电势分布是相同的。

而稳定电流场不会因为探针的引入导致电场畸变,所以完全可用电极尺寸相同,边界条件一样的稳定电流场来模拟静电场进行探测,从而间接描绘出静电场的分布状况。

【实验内容及步骤】1.按线路图连接线路(图b为同轴圆柱电极)。

2.用水准仪调平水槽架底座。

在水槽内注入一定量的水,在水槽架上层压好白纸,用于记录测绘点;接通电源,电压调至10V,其值由数字电压表置“输出”时读出,探针置于水槽外。

3.将探针与内电极紧密接触,电压显示为10V,其值由数字电压表置“检测”时读出。

若电压显示为0V,则改变电源电压输出极性。

4.让探针在两极间慢慢移动,依次测出电压分别为7.0V、5.0V、3.0V、1.0V的等势线,每一个等势线8个测量点。

5.用探针沿外电极内、外侧分别取三个和一个记录点,用于确定电极的圆心和外电极的厚度;记录内电极直径和外电极内直径。

6.用平行板电极换下同轴圆柱电极重复(2、3)两个步骤,分别沿7.5V、5.0V、2.5V三个等势线各记录8个测量点(均匀分布),并做出确定电极位置的测量点。

7.在平行板电极测量纸上用不同符号标注出各等势线上的测量点和等势线数值,画出电极,绘出实验等势线和电场线。

8.在同轴圆柱电极记录纸上,用几何方法确定圆心,画出内、外电极,用不同符号标注出各等势线上的测量点和等势线数值,绘出理论等势线(根据公式计算)和电场线。

9.量出同轴圆柱电极记录纸上等势线各测量点到圆心的距离,求出平均值。

在半对数坐标纸上绘出Vr\\\/Va~lnr理论曲线,标出对应的实验测量点 ,画出实验曲线。

【实验教学指导要点】1.模拟场除满足与被侧场有相似地数学方程和边界条件外,还要求水槽底座一定要水平,溶液导电率远小于电极且处处均匀,电源必须是一定频率的交流电,以防止电介质的极化。

2.水槽中装入的水不可漫过电极上表面。

3.导线的连接一定要牢固,避免因接触电阻而导致输出电压达不到要求。

4.描绘电场线应始于高电势电极的外表面,终止于低电势电极的内表面,且处处与等势线垂直。

电场线的密度反映了电场强度的大小。

5.上层记录纸上打点时,不要用力过猛,轻轻按即可,以免移动电极,带来误差。

6.做实验时,要确定圆心;要确定电极位置;除此之外,还要描出两极板之间的区域外向外延伸的边缘效应。

7.作图时,不仅要画出等势线,还应画出电场线(起于正电荷,止于负电荷)。

ab同轴圆柱电极电场分布平行板电极电场分布 10.0V 7.5V 5.0V 2.5V 0.0V 8.在半对数坐标纸上作图时,要把理论直线和实验直线同时作出。

Vr \\\/Va~ln r曲线Vr \\\/Va 1.00.80.60.40.2 0.3 0.4 0.6 0.8 1 2 3 4 5 6 7 89 r (cm)此图用半对数坐标纸进行绘制,纵向为均匀分布,横向为对数分布。

图中理论曲线为过(ln a, 1)和(ln b, 0),线上四点为实际测量点。

9.在电极间加上直流电压时所形成的电场是不随时间变化的,是稳定的。

如果在电极间加交流电压,电场将随时间而变,场面稳定。

但考虑到直电极间加上不同值的直流电压时,场中相对的电势值一定的等势线或面的几何形状和位置都不变。

既接交流电压时,可看作在电极上块速变换不同值的直流电压(包括极性)。

因此,在交流电场中测定的相对电势线和直流电场中测定的同值相对电势等势线,其开头和位置都完全相同。

但必须指出这里的完全相同是有条件的。

我们所选的交流电的频率不能高,否则会出现电极间点电势不是目前增减的效应。

我们选用的是50HZ的交流电,场中的电极和不良条件互相杨成电容的影响可以忽略不计。

完全符合条件。

【实验随即提问】1.提问:本实验对静电场的测绘采用的是什么方法

为什么要用此方法

回答:采用的是模拟法测绘静电场。

因为直接测量静电场的分布,需用探针对空间各点逐点进行测量。

当把探针放入静电场后,由于静电感应,探针上会产生感应电荷,则会改变原电极的电荷分布,从而引起原电场的畸变。

显然直接测量不可行,所以采用模拟法来进行测绘。

2.提问:模拟法分为哪两种模拟,其应用的条件是什么

本实验采用的是哪一种模拟

回答:模拟法分为物理模拟和数学模拟。

物理模拟的应用条件为物理相似和几何相似,即模型和原型都遵从同样的物理规律;模型的几何尺寸与原型的几何尺寸成比例的放大或缩小。

数学模拟应用的条件为模型与原型在物理实质上可以完全不同,但它们都遵从相同的数学规律,即满足相似的数学方程,还要带电体(即电极)的形状和大小,它们之间的相对位置以及边界条件一样。

用恒定电流场模拟静电场采用的是数学模拟。

3.提问:为什么不良导体内的电场分布与真空中的静电场分布相同

回答:因为在不良导体内没有电流通过时,其中任一宏观体积元中的正负电荷数量相等,没有净电荷,呈电中性。

当有直流电流通过时,单位时间内流出体积元的电荷被流入的同号电荷所代替,体积元内正负电荷数量还是相等,因而整个体积内呈电中性。

换言之,真空中的静电场是由电极上的电荷产生的,而在有恒定电流通过的不良导体中,电场也是由电极上的电荷产生的。

不同的是静电场中电极上的电荷静止不动,而恒流场中电极上的电荷一边流失,一边由电源随时补充,在动态平衡状态下保持电荷的数量不变。

所以,两种状况下电场的分布是相同的。

4.提问:用恒定电流场模拟静电场的实验条件是什么

回答:实验条件首先要求不良导体在两极间区域内其电导率是常数,并保持其厚度不变;其次要求测量电势的仪表中基本上无电流通过。

从本质上讲就是要保证测量时,恒定电流场的电位分布在极间区域内和边界上不会因测量操作而发生改变。

5.提问:实验中如何做测量点

回答:⑴ 同轴柱形电极沿半径做测量点。

首先沿与实验者垂直的两个半径做测量点,沿半径由高电势向低电势(由中心电极向外电极)依次做四个测量点;再反方向沿另一个半径线做四个测量点;其次沿水平方向的两个半径做测量点,最后再做左斜和右斜的四个半径线,其布局如同一个“米”形。

这样做测量点的优点在于不会遗漏测量点,同时也可使同一条等势线上的测量点均匀分布。

做完所有等势线上测量点后,还需沿外电极外沿做三个测量点,以确定电极的圆心。

⑵ 平行板电极沿等势线做测量点,由高电势向低电势依次做出等势线。

沿等势线做测量点时,不可只局限于电极两端之间的区域内,一定要向外延伸扩展。

因为实验中的平行板电极是有限长的,在电极两端电场存在边缘效应,所以,在测量中沿等势线先在中间做四个测量点,其次在电极两端各做一个测量点,然后向两端外延约1厘米再各做一个测量点,最后,再沿两个电极板的四个角各做一个测量点,确定电极的位置。

6.提问:如何绘制电场分布图

回答:⑴ 同轴柱形电极:首先根据外电极外沿的三个测量点,用几何作图法确定圆心,由测出的半径a、b,画出完整的同轴柱形电极。

由公式算出各等势线的理论半径值,按理论半径值画出等势线。

用同一种符号标出同一等势线上的八个测量点,并注明等势线的量值。

再依据电场线与等势线处处正交的特性,画出电场线,标出其方向(由公式E=-dU\\\/dr知,电场的方向是由高电势指向低电势)。

因为在静电平衡状态下,导体内部电场为零,电荷分布于导体表面。

所以电场线始于中心电极的外表面,终止于外电极的内表面。

最后写出图名(同轴柱形电极电场分布图)。

⑵ 平行板电极根据确定电极位置的测量点画出两电极板,分别用光滑曲线连接同一电势的八个测量点,画出等势线,用同一种符号将测量点标出,并注明等势线量值。

与同轴电极一样,画出电场线及其方向。

在画电场线时,要特别注意靠近极板两端电场的边缘效应。

写出图名(平行板电极电场分布图)。

7.提问:如何为什么对柱形电极要用单对数坐标纸作图

怎样用单对数坐标纸作图

回答:由极间电势的公式 知, 仅仅只是坐标r的函数,所以用单对数坐标纸可以表现出 与r的线性关系,且作图比较便捷。

单对数坐标纸(又称半对数坐标纸)在制作时已将某个轴向取好对数,从坐标纸上看刻度值,一个轴向是均匀分布,而另一个轴向则是对数分布。

在做同轴柱形电极“ ~ 理论曲线”图时,在坐标纸上以均匀分布刻度为纵轴取名 ,以对数分布刻度为横轴取名r(cm),以点(lna,1)和点(lnb,0)为端点,画出理论直线。

然后,分别量出各等势线上八个测量点的实际半径记录于数据表中,并算出各等势线实际平均半径值,在坐标纸上描出平均值点,观察其是否落在理论直线上。

8.提问:能否模拟平行轴电线或带有等量异号电荷的平行长直圆柱体的电场

为什么?回答:能。

由电磁学理论可知电解质(或水液)中稳恒电流的电流场与电介质(或真空)中的静电场具有相似性。

在电流场的无源区域中,电流密度矢量和静电场中的电场强度矢量所遵从的物理规律具有相同的数学形式,所以这两种场具有相似性。

在相似的场源分布和相似的边界条件下,它们的解的表达式具有相同的数学模型。

如果把连接电源的两个电极放在不良导体如稀薄溶液(或水液)中,在溶液中将产生电流场。

电流场中有许多电位彼此相等的点,测出这些电位相等的点,描绘成面就是等位面。

这些面也是静电场中的等位面。

通常电场分布是在三维空间中,但在水液中进行模拟实验时,测出的电场是在一个水平面内的分布。

这样等位面就变成了等位线,根据电力线与等位线正交的关系,即可画出电力线。

这些电力线上每一点切线方向就是该点电场强度的方向。

这就可以用等位线和电力线形象地表示静电场的分布了。

9. 提问:请给出模拟平面板与其中垂面上长直带电圆柱体的电场的主要步骤

回答:(1).按线路图连接线路。

(2).用水准仪调平水槽架底座。

在水槽内注入一定量的水,在水槽架上层压好白纸,用于记录测绘点;接通电源,电压调至10V,其值由数字电压表置“输出”时读出,探针置于水槽外。

(3).将探针与内电极紧密接触,电压显示为10V,其值由数字电压表置“检测”时读出。

若电压显示为0V,则改变电源电压输出极性。

(4).让探针在两极间慢慢移动,依次测出电压分别为7.5V、5.0V、2.5V的等势线,每一个等势线8个测量点。

(5).用探针沿带电圆柱体电极外侧取三个记录点,用探针沿带电平面板电极外侧取四个记录点,用于确定电极的圆心和电极的厚度。

(6). 在测量纸上用不同符号标注出各等势线上的测量点和等势线数值,画出电极,绘出实验等势线和电场线。

光电效应测普朗克常数

1、E=hv-W。

一束光打到一块金属上,光的频率是v ,我们知道 hv 是一个光子的能量,即这束光的最小的能量,金属中电子要摆脱原子核的束缚飞出金属表面就需要吸收能量,及吸收一个光子,但是如果光子的能量不足以让电子飞出金属表面,电子式飞不出来的,我们就没看到有光电子。

若是能量大于所需能量(即逸出功W),就可以发生光电效应(更确切的说是外光电效应,还有一个就是内光电效应,即吸收了光子发生跃迁,没有脱离金属),并且多余的能量转化为光电子的动能,即E。

2、太阳能电池、光电传感器(光控路灯、数码照相机、光敏电阻、二极管、三极管等)。

3、电子克服原子核的束缚,从材料表面逸出所需的最小能量,称为逸出功。

4、可以,减速电位法,用能量守恒定律 但是一部分被吸收,一部分逸出,你测得的只是逸出功率 但是这只能做参考,因为测量存在不确定度,变量很多,你无精确控制。

5、光电管窗口。

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