文档介绍：南昌大学物理实验报告实验名称:光电效应二、实验目的:1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论,了解光电效应的基本规律;2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法;3、学****对光电管伏安特性曲线的处理方法,并用以测定普朗克常数。三、实验仪器:光电效应测试仪、***灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪四、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,其中h=。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,n为入射光的频率,为电子的质量,u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,1/2mv2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eu0-1/2mv2=0(2)代入上式即有(3)由上式可知,若光电子能量h+n<W,则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是n0=W/h,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n0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n成正比,,将(3)式改写为上式表明,截止电压是入射光频率n的线性函数,如图2,当入射光的频率n=n0时,截止电压,没有光电子逸出。图中的直线的斜率k=h/e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U0-n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。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n、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逸出的光电子起加速作用,随着电压的增加,到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压增加到时,光电流达到最大,不再增加,此时即称为饱和状态,对应的光电流即称为饱和光电流。由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度,所以当两极间电位差为零时,仍有光电流I存在,若在两极间施加一反向电压,光电流随之减少;当反向电压达到截止电压时,光电流为零。图4入射光频率不同的I-U曲线图5入射光强度不同的I-U曲线爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极,且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小,所以实验中存在着如下问题:暗电流和本底电流。当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流,称为暗电流。它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。室内各种漫反射光射入光电管造成的光电