文档介绍：羅光电效应蚃蒀【实验目的】膆了解光电效应的规律,加深对光的量子性的认识。莅测量普朗克常量。莄【实验仪器】薁ZKY-GD-4光电效应实验仪,其组成为:微电流放大器,光电管工作电源,光电管,滤色片,汞灯。如下图所示。薈螄【实验原理】膄光电效应的实验原理如图1所示。入射光照射到光电管阴极K上,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,测量出光电流I的大小,即可得出光电管的伏安特性曲线。莈光电效应的基本实验事实如下:蚇(1)对应于某一频率,光电效应的I-UAK关系如图2所示。从图中可见,对一定的频率,有一电压U0,当UAK≦U0时,电流为零,这个相对于阴极的负值的阳极电压U0,被称为截止电压。芃(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。薀(3)对于不同频率的光,其截止电压的值不同,如图3所示。蒀(4)截止电压U0与频率v的关系如图4所示,U0与v成正比。当入射光频率低于某极限值v0(v0随不同金属而异)时,不论光的强度如何,照射时间多长,都没有光电流产生。螅(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v0,在开始照射后立即有光电子产生,所经过的时间至多为10-9秒的数量级。蚃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v的光子具有能量E=hv,h为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时,一次被金属中的电子全部吸收,而无需积累能量的时间。电子把这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:莁hv=12mv02+A(1)蒁式中,A为金属的逸出功,12mv02为光电子获得的初始动能。膈由该式可见,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落入阳极形成光电流,直至阳极电位低于截止电压,光电流才为零,此时有关系:莆eU0=12mv02(2)肁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,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。芈光子的能量hv0<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v0=A/h。芆将(2)式代入(1)式可得:螆eU0=hv-A(3)袂此式表明截止电压U0是频率v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。莀爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。蚈膅【实验步骤】薂测试前准备莁将实验仪及汞灯电源接通(汞灯及光电管暗盒遮光盖盖上),预热20min。螇调整光电管与汞灯距离为约40cm并保持不变。蚄用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与实验仪电压输出端(后面板上)连接起来节(红—红,蓝—蓝)。腿4)将“电流量程”选择开关置于所选档位,进行测试前调零。调零时应将光电管暗盒电流输出端K与实验仪微电流输入端(后面板上)断开,且必须断开连线的实验仪一端。旋转“调零”。腿5)调节好后,用高频匹配电缆将电流输入连接起来,按“调零确认/系统清零”键,系统进入测试状态。肄如果要动态显示采集曲线,需将实验仪的“信号输出”端口接至示波器的“Y”输入端,“同步输出”端口接至示波器的“外触发”输入端。示波器“触发源”开关拨至“外”,“Y衰减”旋钮拨至约“1V/格”,“扫描时间”旋钮拨至约“20μs/格”。此时示波器将用轮流扫描的方式显示5个存储区中存储的曲线,横轴代表电压UAK,纵轴代表电流I。肃芀2、测普朗克常数h:芇测量截止电压时,“伏安特性测试/截止电压测试”状态键应为截止电压测试状态,“电流量程”开关应处于10-13A档。蒃1)手动测量螃①使“手动/自动”模式键处于手动模式。芁②,打开汞灯遮光盖。此时电压表显示UAK的值,单位为伏;电流表显示与UAK对应的电流值I,单位为所选择的“电流量程”。用电压调节键→、←、↑、↓可调节UAK的值,→、←键用于选择调节位,↑、↓键用于调节值的大小。莆③从低到高调节电压(绝对值减小),观察电流值的变化,寻找电流为零时对应的UAK,以其绝对值作为该波长对应的U0的值,并将数据记于表1中。为尽快找到U0的值,调节时应从高位到低位,先确定高位的值,再顺次往低位调节。膇④,,,4