文档介绍：光电效应及普朗克常数的测定【实验简介】光电效应在证实光的量子性方面有着重要地位。 1905 年爱因斯坦在光量子假说的基础上圆满地解释了光电效应。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。今天光电效应已广泛地应用于各科技领域。利用光电效应制成的各种光电器件已成为生产和科研中不可缺少的器件。【实验目的】 1. 通过光电效应基本特性曲线的测量,加深对光的量子性的理解。 2. 验证爱因斯坦光电效应方程,并测定普朗克常数。【预****思考题】 1. 什么是光电效应? 它具有什么实验规律? 2. 什么是截止电压? 如何用实验来测定? 3. 如何利用光电效应测定普朗克常数? 【实验仪器】***灯、光电管暗盒(包括光电管、滤色片及小孔光栏)、 THQPC-1 微电流测试仪【实验原理】 1 .光电效应及其实验规律当光照射到金属表面时, 金属中有电子逸出的现象称为光电效应。研究光电效应的实验原理图如图 。当单色光入射到光电管阴极 K时, 阴极上会有(光) 电子逸出。部分光电子会到达阳极 A, 形成光电流。通过改变外电场的大小和方向, 以及选择不同频率的单色光入射,得到光电效应的实验规律: 图 图 饱和光电流与入射光强成正比。如图 ; 光电效应存在一个截止频率 0?,当入射光的频率 0???时,不论光的强度如何都没有光电子产生; 光电子的初动能与入射光的频率成正比,与入射光强无关,; 光电效应是瞬时发生的, st 910 ???,与入射光强无关。对于这些实验事实,经典的波动理论无法给出圆满的解释。 2 .爱因斯坦光量子理论爱因斯坦受普朗克量子假设的启发, 提出了光量子理论并成功地解释了光电效应: 频率为?的光由能量为?h 的粒子组成, 这些粒子称为光子。光入射到金属表面时, 一个光子的能量通过碰撞立即被一个电子吸收, 只要电子获得的能量足以克服金属对它的束缚能( 即逸出功) ,即可瞬间产生光电效应。根据能量转化与守恒定律,逸出电子的初动能与入射光频率和金属逸出功的关系为 0 22 1wmh????( ) 即爱因斯坦光电效应方程。其中 h 为普朗克常数,公认值为 sJ???3410 6257 .6 ,?为入射光频率,m 为电子质量,?为电子逸出金属表面时的最大初速度,0w 为金属材料的逸出功。 3 .普朗克常数的测定使光电流为零而在光电管两端所加的反向电压 SU 被称为截止电压,如图 。由爱因斯坦光电效应方程( )和截止电压与电子最大初动能的关系 22 1?m eU S?可得到截止电压与入射光频率的关系 e we hU S 0???( ) 显然, 选择不同频率的光入射, 测量相应的截止电压, 得到两者的线性关系, 由斜率和截距可得到普朗克常数和金属材料的逸出功。 4 .截止电压的确定由于热电子发射、光电管极间漏电、本底电流及阳极产生的反向光电流等因素的影响, 使实际测得的光电流曲线下移, 故截止电压并非是电流为零时的电压, 而是实测曲线两线性段之间的弯曲联接处,即截止电压对应的是曲线上反向电流部分斜率变化很大时的电压,如图 。图 【实验内容与步骤】 1 .开机准备 连接好光电管暗盒与微