文档介绍：: .
课程名称
专业班级
指导教师
、实验目的
佛山科学技术学院
实验项目
姓名
成绩
1 .了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解；
2 •测量光电管的伏安特性曲线；
3 •学****验证爱因斯坦光电效应方程的实验方法，测量普朗克常数。
、实验仪器
光电效应(普朗克常数)实验仪(详见本实验附录
A)，数据记录仪。
图1光电效应实验示意图
R可使A、K之间获得连续变化的
2(a)、(b)
三、实验原理
1 .光电效应及其基本实验规律
定频率的光照射到某些金属表面时，会有电子从金属表面 即刻逸出，这种现象称为光电效应。从金属表面逸出的电子叫 光电子，由光子形成的电流叫光电流，使电子逸出某种金属表 面所需的功称为该金属的逸出功。
研究光电效应的实验装置示意图如图 1所示。GD为光电管，
是一个抽成真空的玻璃管，管内有两个金属电极， K为光电管
阴极，A为光电管阳极；G为微电流计；V为电压表；R为滑线 变阻器。单色光通过石英窗口照射到阴极上时，有光电子从阴 极K逸出，阴极释放出的光电子在电场的加速作用下向阳极 A
迁移形成光电流，由微电流计 G可以检测光电流的大小。调节
电压Uak，改变Uak，测量出光电流I的大小，即可测出光电管的伏安特性曲线，如图 所示。
不同蚁宰吋光电胃的伏安卅性徒嫂
Z
1
强化
1 %
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° Q °
车同光强时
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图2光电效应的基本实验规律
(1 )对应于某一频率，光电效应的
光电效应的基本实验规律如下:
I-Uak关系如图2(a)所示。从图中可见，对一定的频率，有
电压Uo，当Uak迄Uo时，光电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压 Uo，称为截止电压。
(2 )当Uak a Uo后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流 g的大小与入射光的强度 P成正比，
如图2(b)所示。
(3) 对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图 2(a)所示。
(4) 截止电压Uo与频率v的关系如图2(c)所示。Uo与 成正比。当入射光频率低于某极限值 V。(随
不同金属而异)时，无论光的强度如何，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 vo，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。
2 •爱因斯坦光电效应方程
上述光电效应的实验规律无法用电磁波的经典理论解释。 为了解释光电效应现象，爱因斯坦根据普朗
克的量子假设，提出了光子假说。他认为对于频率为 的光波，每个光子的能量为 E h , h为普朗
克常数。当光子照射到金属表面上时，一次性为金属中的电子全部吸收，而无须积累能量的时间。
电子把该能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，另一部分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 2
h m o W (1)
2
1
式中，W为被光线照射的金属材料的逸出功， 1m 2为从金属逸出的光电子的最大初动能。
2
由式(1)可知，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(即加反向电压)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
1 2
eUo - m o (2)
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 Uak时I
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。
光子的能量hv W时，电子一次性吸收的能量不足以使之脱离金属， 此时光强再大也没有光电流产
生。因此产生光电效应的最低频率是 Vo W/h，该频率称为截止频率。
3 •普朗克常数的测量
将式(2)代入式(1)可得
eUo hv W (3)
此式表明，对于同一种金属而言，电子的逸出功是一定的，截止电压 Uo是频率v的线性函数，直
线斜率k he,如图2(c)所示。因此，只要用实验方法得出不同的频率光照时对应的截止电压，求
出直线斜率，就可算出普朗克常数