文档介绍：光电效应测普朗克常数
在近代物理学中,光电效应在证实光的量子性方面有着重要的地位。1905年爱因斯坦在普朗克量子假说的基础上圆满地解释了光电效应,约十年后密立根以精确的光电效应实验证实了爱因斯坦的光电效应方程,并测定了普朗克常数。而今光电效应已经广泛地应用于各科技领域,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)已成为生产和科研中不可缺少的器件。
【实验目的】
1. 测定光电效应的基本特性曲线,加深对光的量子性的理解;
2. 学****验证爱因斯坦光电方程的实验方法,并测定普朗克常数。
【实验仪器】
ZKY—GD1光电效应测试仪、***灯及电源、滤色片(五个)、光阑(两个)、光电管、测试仪(含光电管和微电流放大器)
图1 实验仪器实物图
【实验原理】
1.     光电效应与爱因斯坦方程
用合适频率的光照射在某些金属表面上时,会有电子从金属表面逸出,这种现象叫做光电效应,从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象,爱因斯坦提出了“光量子”的概念,认为对于频率为的光波,每个光子的能量为
式中, 为普朗克常数,它的公认值是= 。
   按照爱因斯坦的理论,光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时,光子把全部能量传递给电子,电子所获得的能量,一部分用来克服金属表面对它的约束,其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。爱因斯坦提出了著名的光电方程:
                          (1)
式中, 为入射光的频率, 为电子的质量, 为光电子逸出金属表面的初速度, 为被光线照射的金属材料的逸出功, 为从金属逸出的光电子的最大初动能。
   由(1)式可见,入射到金属表面的光频率越高,逸出的电子动能必然也越大,所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流,甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极,直至阳极电位低于某一数值时,所有光电子都不能到达阳极,光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位被称为光电效应的截止电压。
   显然,有
                      (2)
代入(1)式,即有
                         (3)
由上式可知,若光电子能量,则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是,通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功,因而也不同。由于光的强弱决定于光量子的数量,所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一个电子只能吸收一个光子的能量,所以光电子获得的能量与光强无关,只与光子的频率成正比,,将(3)式改写为
                  (4)
上式表明,截止电压是入射光频率的线性函数,如图2,当入射光的频率时,截止电压,没有光电子逸出。图中的直线的斜率是一个正的常数:
                           (5)
由此可见,只要用实验方法作出不同频率下的曲线,并求出此曲线的斜率,就可以通过式(5)求出普朗克常数。其中是电子的电量。
图2 U0-v 直线
2.       光电效应的伏安特性曲线
图3是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为、强度为的光线照射到光电管阴极上,即有光电子从阴极逸出。如在阴极K和阳极A之间加正向电压,它使K、A之间建立起的电场对从光电管阴极