文档介绍：1905年,年仅26岁的爱因斯坦提出光量子假说,发表了在物理学发展史上具有里程碑意义的光电效应理论,10年后被具有非凡才能的物理学家密立根用光辉的实验证实了。两位物理大师之间微妙的默契配合推动了物理学的发展,他们都因光电效应等方面的杰出贡献分别于1921年和1923年获诺贝尔物理学奖。光电效应实验及其光量子理论的解释在量子理论的确立与发展上,在揭示光的波粒二象性等方面都具有划时代的深远意义。利用光电效应制成的光电器件在科学技术中得到了广泛的应用,并且至今还在不断开辟新的应用领域,具有广阔的应用前景。本实验的目的是了解光电效应的基本规律,并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线,并且通过对光电效应的研究有助于学****和理解量子理论。【实验目的】1、加深对光的量子性的理解。2、验证爱因斯坦光电效应方程,测出普朗克常量h。【实验原理】图1光电效应原理当光照在物体上时,光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收,而另一部分则转换为物体中某些电子的能量,使电子逸出物体表面,这种现象称为光电效应,逸出的电子称为光电子。在光电效应中,光显示出它的粒子性,所以这种现象对认识光的本性,具有极其重要的意义。光电效应实验原理如图1所示。图中A、K组成抽成真空的光电管,A为阳极,K为阴极。当一定频率ν的光射到金属材料做志的阴极K上,就有光电子逸出金属。若在A、K两端加上电压U后,光电子将由K定向地运动到A,在回路中就形成光电流I。其规律有:1、光电流与入射光强度的关系光电流随着加速电位差U的增加而增加,加速电位差加到一定量值后,光电流达到饱和值Ih,饱和电流与光强成正比,而与入射光的频率无关。当U=Ua-Uk变成负值时,光电流迅速减小。实验指出,有一个遏止电位差Ua存在,当电位差达到这个值时,光电流为零。如图2(a)所示。图中I~U曲线称为光电管伏安特性曲线。图2光电管伏安特性曲线2、光电子的初动能与入射光频率之间的关系光电子从阴极逸出时,具有初动能,在减速电压下,光电子逆着电场力方向由K极向A极运动。当U=Ua时,光电子不再能达到A极,光电流为零。所以电子的初动能等于克服电场力所作的功。即(1)根据爱因斯坦关于光的本性的假设,光是一粒一粒运动着的粒子流,这些光粒子称为光子。每一光子的能量为ε=hν,其中h为普朗克常数量,ν为光波的频率。所以不同频率的光波对应的能量不同。光电子吸收了光子的能理hν之后,一部分消耗于克服电子的逸出功A,另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知(2)式(2)称为爱因斯坦光电效应方程。由此可见,光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系,而与入射光的强度无关。如图2(b)所示。3、光电效应有光电阈存在实验指出,当光的频率ν<ν0时,不论用多强的光照射到物质上都不会产生光电效应,根据(2)式,ν0称为截止频率。4、光电效应是瞬间效应只要入光频率ν>ν0,一经光线照射,立刻产生光电子。用爱因斯坦方程圆满地解释光电效应的实验规律,同时提供了测普朗克常量的一种方法:由式(1)和(2)可得:hν=e︱U0︱+A,当用不同频率(ν1,ν2,ν3,…,νn)的单色光分别做光源时,就有……任意联立其中两个方程就可得到(3)由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位即可计算出普朗克常量h,也可由ν~U直线的斜率求h。因此,用光电效应方法测量普朗克常量的关