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物理实验报告
光电效应及普朗克常数的测定
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2012/3/29
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【实验目的】
,加深对光的量子性的理解。
h。
【实验原理】
光电效应的实验原理如图 1 所示。当入射光照射到光电
管阴极K上时,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UAK,测量光电流I的大小,即可
得出光电管的伏安特性曲线。
:
(1)对应于某一频率光的光电效应,I—UAK关系如图 2 所
图 l 实验原理图
示。可见,对一定的频率,存在一电压U0,当UAK≤U0时,
电流为零,U0被称为截止电压,它与阴极材料的构成有关。
(2)当UAK≥U0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成正比。
(3)对于不同频率的光,其截止电压的值不同,如图 3 所示。
(4)作截止电压U0与频率ν的关系图如图 4 所示。 0与ν成正比关系。U但当入射光频率低于某极限值ν0 (ν0不同金属有不同的值)时,不论光的强度如何,照射时间多长,都没有光电流产生。
(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ν0,一旦光照射靶上立即就有光电子产生。从光照射到光电子产生的间隔至多为 10-9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ν的光子具有能量 E=hν,h 为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时,一次为金属中的某个电子全部吸收,而无需积累能量的时间。电子把吸收光子的能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力,余下的就变为该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:
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,也会有电子穿过两极间的势垒到达阳极形成光电流,直至阳极电位等于截止电压,这时光电流才为零,
此时有关系:
当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UAK时I不再变化,这时光电流出现饱和。饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成正比。光子的能量hν0<A时,电子不能脱离金属,因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频率(截止频率)是ν0=A/h。
将两式相代可得:
此式表明截止电压 Uo 是频率ν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。
【实验仪器】
ZKY-GD-4 智能光电效应实验仪
【实验内容和步骤】
测试前准备:
将实验仪及***灯电源接通(***灯及光电管暗箱遮光盖盖上),预热 20 分钟。
调整光电管与***灯距