文档介绍：光电效应---普朗克常数测定(讲课稿)通过大学物理的学****我们知道光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。1905年,爱因斯坦把辐射能量不连续的观点应用于光辐射,提出“光量子”概念,从而成功地解释了光电效应现象。1916年密立根用光电效应法精确测量了普朗克常数,并证实了爱因斯坦方程(光电效应方程)的正确性。光电效应实验对于认识光的本质及早期量子理论的发展,具有里程碑式的意义。通过这个实验我们主要了解光的量子性和光电效应的规律,加深对光的量子性的理解,同时验证爱因斯坦方程,测定普朗克常数,学****作图法处理数据。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迁移形成光电流,改变外加电压,测量出光电流的大小,即可得出光电管的伏安特性曲线。我们首先回顾光电效应的基本实验事实:(1)对应于某一频率,光电效应的关系如图2所示。从图中可见,对一定的频率,有一电压,当时,电流为零,这个相对于阴极为负值的阳极电位被称为截止电压,且不同强度的光截止电压是相同的。(2)当后,迅速增加,然后趋于饱和,饱和光电流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)截止电压与频率的关系如图4所示,与成正比。当入射光频率低于某极限值(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。(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,在开始照射后立即有光电子产生,所经过的时间至多为秒的数量级。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,频率为的光子具有能量,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:(1)式中,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:(2)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,再增加时不再变化,光电流出现饱和,饱和光电流的大小与入射光的强度P成正比。当时,,存在一截止频率。由得(3)由(1)、(2)、(3)可得:(4)此式表明截止电压是频率的线性函数,直线斜率,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。我们上面对实验原理进行了较详细的说明,接下来我们给大家详细介绍一下实验仪器(让学生对着实验仪器,逐项介绍,同时穿插相关注意事项):仪器介绍--DH-GD-1型普朗克常数测定仪(如图5)。下图为测试仪前面板图。 电压显示窗电源开关(1)、光源:用高压***灯做光源,配以专用镇流器,,、、、、。(2)、滤光片:滤光片的主要指标是半宽度和透过率。透过某种谱线的滤光片不允许其附近的谱线透过(我们精心设计制作了一组高性能的滤光片,保证了在测量某一谱显时无其他谱线干扰,避免了谱线相互干扰带来的测量误差)。高压***灯发出的可见光中,强度较大的谱线有5条,仪器配以相应的5种滤光片。(3)、光电管暗盒:采用测专用光电管,由于采用了特殊结构,使光不能直接照射到阳极,由阴极发射照到阳极的光也很少,加上采用新型的阴、阳极材料及制造工艺,使得阳极反向电流大大降低,暗电流也很低(≤2×10-12A)。(4)、微电流测量仪:在微电流测量中采用了高精度集成电路构成电流放大器,对测量回路而言,放大器近似于理想电流表,对测量回路无影响,使测量仪具有高灵敏度(电流测量范围10-1810-13A)高稳定性(%),从而使测量精度、准确度大大提高。测量结果由三位半LED显示。(5)、光电管工作电源:普朗克常数测量仪提供了两组光电管工作电源(-2+2V)和(-2+30V),连续可调,%,,电压值由三位半LED数显。我们首先做好测试前准备工作:将测试仪及***灯电源接通,预热20分钟。把***灯及光电管暗箱遮光盖盖上,将***灯暗箱光输出口对准光电管暗箱光输入口,调整光电管与***灯距离为约40cm并保持不变。用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与测试仪电压输出端(后面板上)