文档介绍：第三部分基木实验-…光电效应测普朗克常数
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实验五、光电效应测普朗克常量
普朗克常量是量子力学当中的一个基本常量,它首先由普朗克在研究黑体辐射问题时提 出，英值约为/? = -34J-5,它可以用光电效应法简单而又较准确地求出。
光电效应是这样一种实验现象，当光照射到金属上时，可能激发出金属中的电子。激发 方式主要表现为以下几个特点：1、光电流与光强成正比2、光电效应存在一个阈值频率（或 称截止频率），当入射光的频率低于某一阈值频率时，不论光的强度如何，都没有光电子产 生3、光电子的动能与光强无关，与入射光的频率成正比4、光电效应是瞬时效应，一经光 线照射，立刻产生光电子（延迟时间不超过10」秒），停止光照，即无光电子产生。传统的 电磁理论无法对这些现象对做出解释。
1905年，爱因斯坦借鉴了普朗克在黑体辐射研究中提岀的辐射能量不连续观点，并应 用于光辐射，提出了“光量子”概念，建立了光电效应的爱因斯坦方程，从而成功地解释了 光电效应的各项基本规律，使人们对光的本性认识有了一个飞跃。1916年密立根用实验验 证了爱因斯坦的上述理论，并精确测量了普朗克常数，证实了爱因斯坦方程。因光电效应等 方而的杰岀贡献，爱因斯坦与密立根分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。
实验目的
1、 通过实验理解爱因斯坦的光电子理论，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、 学习对光电管伏安特性曲线的处理方法、并以测泄普朗克常数。
实验仪器
GD-3型光电效应实验仪（GD1V型光电效应实验仪）
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择转盘
方向选 择直简
电流线接头
电压线接头
测试仪・
电流调节旋钮 调客校准调零枝准就钮 电压调节旋钮
■测童摆伎我他
衣灯电源开关
图2
图3
离压汞灯
f
图1光电效应实脸仪
实验原理
1、光电效应理论：爱因斯坦认为光在传播时其能量是量子化的，其能量的量子称为光子，每个 光子的能量正比于其频率，比例系数为普朗克常量，在与金属中的电子相互作用时，只表现 为单个光子：
s = hv (1)
hv = - inv2 +W (2)
2
上式称为光电效应的爱因斯坦方程，英中的W为金属对逃逸电子的朿缚作用所作的功
对特左种类的金属来说，是常数。
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2、实验原理示意图
如图2,当入射光照射到光电管中K极（阴极）的光电金属上时，会激发出金属中的电 子，电子向各个方向逃逸，其中有一部分到达A极邙II极），从而形成阴极与阳极之间的电 子交流，形成电流，我们称之为“光电流”。光电流可以被外加电场所影响，当外加电场使 电子受到由K向A方向的电场力时，会使电子加速朝A极运动，从而使一部分朝別的方向运 动的电子有可能到达A极，增加光电流，称之为正向电场：当外加电场使电子受到由A向K 方向的电场力时，会使电子朝A极的运动受到阻碍，从而使一部分可以到达A极的电子不能 到达，减弱光电流，称之为反向电场（见图3）。
3、 截I匕电压
当所加反向外电场越来越大时，会出现这样一种临界状态，即所有向A极运动的电子由 于强大的外电场作用而减速，以致即使速度最快的电子也只能刚刚到达A极旁边就减速为0 了，从而没有任何电子可以达到A级，此时光电流为0 （见图3）。这种临界状态所对应的外 加电场的电势差称为截止电压，表示为此时满足式子：
—mv~ =eUK （3）
2 1
综合（2）、（3）式，我们可以建立式子
eUx=hv-W
h W
有： Us=—v （4）
e e
可知截止电压与照射单色光的频率之间为线性关系，可以通过测量不同频率单色光所对 应的截止电压，得到方程的几个点（Vpt/51）,（岭，匕2），（”3，匕3）…,利用最小二乘法可以 拟合得到斜率b,有
h=b-e （5）
4、 截I匕电压的求法
根据图二可知，当加反向电压到使光电流恰好为0时即对应截止电压，但由于实际的光 电管中除了有光电流以外，还有苴它原因导致的电流，导致实际测得的伏安特性曲线为下图 4形状
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