光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常數(shù)

1、光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常數(shù)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1) 觀察光電效應(yīng)現(xiàn)象，加深對(duì)光的波粒二象性的理解。(2) 測(cè)量普朗克常數(shù)?！緦?shí)驗(yàn)原理】當(dāng)一定頻率的光照射到某一金屬表面上時(shí)，會(huì)有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)(或外光電效應(yīng))，逸岀的電子叫做光電子。光電效應(yīng)是光的經(jīng)典理論所不能解釋的，為了解釋光電效應(yīng)的規(guī)律， 愛因斯坦提岀了光量子假說，認(rèn)為光是由光子組成的粒子流，對(duì)于頻率為的單色光，每個(gè)光子具有的能量為=2(461)式()中的h稱為普朗克常數(shù)，公認(rèn)值 h = 6.626 10一34 J s。光電效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是光子在 和電子碰撞時(shí)把全部能量2.傳遞給電子，電子獲得能量后，一部分用來克服金屬表面對(duì)它的束

2、縛，其余能量成為電子逸岀金屬表面后的初動(dòng)能，即1 2 hv = mv +W( 4 6 2)2式()即愛因斯坦方程，式中W為電子逸岀金屬表面所耗的能量，叫逸岀功，不同的金屬表面有不同的逸岀1 2 功；-mv為光電子逸岀金屬表面后的初動(dòng)能。2根據(jù)愛因斯坦方程，可以圓滿地解釋以下光電效應(yīng)的 基本規(guī)律：(1 )入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的光電子的 初動(dòng)能就越大，光電子的初動(dòng)能就越大，光電子的初動(dòng)能與入射光的頻率成正比，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，如圖461所示。(2)圖是光電流伏安特性曲線，圖是飽和光電流和光照強(qiáng)度關(guān)系曲線，圖中Is為飽和光電流，Vs為產(chǎn)生飽和光電流所需的光電管極間最小電壓。由圖可知，飽

3、和光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。(3) 當(dāng)光子的能量小于光電子的逸岀功即hvW時(shí)，電子不能逸岀金屬表面，因而沒有光電效應(yīng)產(chǎn)生，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的入射光的最低頻率o= W/h，稱為光電效應(yīng)的截止頻率，又稱紅限，小于紅限（.0）頻率，無論光強(qiáng)是多少、光照射的時(shí)間是多長(zhǎng)都不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。1 2從金屬的表面逸岀的光電子具有初動(dòng)能2 mv2，所以即使陽極未加正向電壓也會(huì)形成光電流，甚至當(dāng)陽極電位低于陰極電位時(shí)，也會(huì)有光電子到達(dá)陽極形成光電流，直到陽極電壓低于陰極電壓到某一特定值 Vc時(shí)，光電子的動(dòng)能才為零，光電流亦為零，這個(gè)使光電流為零的電壓Vc稱為截止電壓，圖 464是光電流伏安特性曲線，圖中曲線

4、和橫軸的交點(diǎn)電壓即截止電壓Vc。圖465是測(cè)反向截止電壓的實(shí)驗(yàn)電路圖。圖 4.6.4圖 4.6.5根據(jù)愛因斯坦方程，有eVcJmv2(463)圖 4.6.6又由于(464)W = h -.o將式（）和式（）代入式（）可得(465)式（）為一線性方程，即截止電壓和入射光的頻率成線性關(guān)性，如圖所示。因此，要測(cè)定普朗克常數(shù)h，只需測(cè)岀不同頻率的光照射光電管時(shí)的伏安特性曲線，得岀相應(yīng)的截止電壓 Vc,作岀Vc-.關(guān)系曲線，由此曲線求斜率 則h= eK這種求普朗克常數(shù)的方法叫減速電位法。實(shí)際上，由實(shí)驗(yàn)測(cè)岀的光電管的伏安特性曲線比圖 所示曲線復(fù)雜，這是因?yàn)榇嬖谝韵赂郊与娏鳎海? ）暗電流：陰極在常溫下的熱

5、電子發(fā)射以及光電管管 殼漏電等原因，使光電管陰極未受光照時(shí)也能產(chǎn)生微弱的電 流，其值隨外加電壓的變化而變化，其伏安特性曲線接近線 性。（2）陽極光電流：在制作陰極時(shí)，陽極也會(huì)被濺上陰極材料，加上陽極本身在光照射下所產(chǎn)生的光電子，用減速法求截止電壓時(shí)，外電場(chǎng)對(duì)這些電子卻是一個(gè)加速場(chǎng)，因此它們很容易到 達(dá)陰極，形成反向電流。圖 4.6.7（3）本底光電流：由雜散光射入光電管中所產(chǎn)生的電流。 因此，實(shí)驗(yàn)中測(cè)岀的光電流是陰極光電流（包括暗電流、本 底電流、光電子流）和陽極光電流的合成電流，如圖所示, 其伏安特性曲線上， 光電流并不在和電壓軸交點(diǎn)處截止， 而是在負(fù)值范圍內(nèi)趨向一個(gè)小的飽和值為了準(zhǔn)確地得到

6、各種頻率的入射光所對(duì)應(yīng)的截止電壓Vc ,實(shí)驗(yàn)中要測(cè)岀一定電壓范圍內(nèi)的暗電流，特別是反向電壓范圍內(nèi)的暗電流， 再測(cè)不同頻率的入射光照射下的光電流和極間電壓，對(duì)反向電壓范圍內(nèi)光電流變化快的地方多測(cè)一些數(shù)據(jù)。 用測(cè)岀的暗電流進(jìn)行修正, 再用修正后的光電 流和電壓作伏安特性曲線, 并用修正后的伏安特性曲線的反向電流趨向飽和時(shí)的拐點(diǎn)電位作為截 止電壓（稱拐點(diǎn)法） ?！绢A(yù)習(xí)要求】（1）光電效應(yīng)的基本規(guī)律是什么？（2）什么叫紅限？截止電壓指的是什么電壓？（3）光電流、暗電流、陽極光電流和本底電流相互間有何區(qū)別？（4）要完成 h 的測(cè)量需作哪些曲線圖？（5）自擬數(shù)據(jù)記錄表格?！痉治鏊伎肌浚?）光電管的實(shí)測(cè)伏安特性