光电效应测普朗克常量.docx

文档介绍：








ZKY—GD—3光电效应测试仪、***灯及电源、滤色片〔五个〕、光阑〔两个〕、光电管、测试仪
四、 试验原理
1、光电效应与爱因斯坦方程
用适宜频率的光照耀在某些金属外表上时，会有电子从金属外表逸出，这种现象叫做光电效应，从金属外表逸出的电子叫光电子。为了说明光电效应现象，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










式中，
为普朗克常数，它的公认值是
=
。
遵照爱因斯坦的理论，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，一局部用来克制金属外表对它的约束，其余的能量那么成为该光电子逸出金属外表后的动能。爱因斯坦提出了闻名的光电方程：
〔1〕
式中，?为入射光的频率，m为电子的质量，v为光电子逸出金属外表的初
速度，
1mv2
为被光线照耀的金属材料的逸出功，2为从金属逸出的光电子的
最大初动能。
由〔1〕式可见，入射到金属外表的光频率越高，逸出的电子动能势必也越大，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，全部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U0被称为光电效应的截止电压。 明显，有
〔2〕










代入〔1〕式，即有
〔3〕
由上式可知，假设光电子能量h??W，那么不能产生光电子。产生光电效应的最
低频率是
?0?
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?0也不同。由于光的强弱确定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一个电子只能汲取一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子?的频率成正比，，将〔3〕式改写为
〔4〕
上式说明，截止电压U0是入射光频率?的线性函数，如图2，当入射光的频率???0时，截止电压U0?0，没有光电子逸出。图中的直线的斜率个正的常数：
〔5〕
由此可见，只要用试验方法作出不同频率下的
k?
h
e是一
U0??










曲线，并求出此曲线的
是电子的电
斜率，就可以通过式〔5〕求出普朗克常数h。其中
量。
U0-v 直线
2、光电效应的伏安特性曲线
下列图是利用光电管进展光电效应试验的原理图。频率为 、强度为
的光线
照耀到光电管阴极上，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UAK，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UAK的增加，到达阳极的光电子将渐渐增多。当正向电压
增
加到Um时，光电流到达最大，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。
光电效应原理图
由于光电子从阴极外表逸出时具有必须的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，假设在两极间施加一反向电压，光电流随之削减；当反向
电压到达截止电压时，光电流为零。
爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的志向状态下导出的。事实上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，所以试验中存在着如下问题：
第