光電效應(yīng)實驗

1、制作：周嘉萍制作：周嘉萍一一. .實驗原理實驗原理二二. .愛因斯坦的解釋愛因斯坦的解釋三三. .實驗儀器實驗儀器四四. .實驗思考題實驗思考題五五. .實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容六六. .注意事項注意事項七七. .數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一一. .實驗原理實驗原理 在光的照射下，電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，在光的照射下，電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫叫光電效應(yīng)光電效應(yīng)。VGAK+RE+光電效應(yīng)實驗原理圖光電效應(yīng)實驗原理圖ImIo0UAKU某一頻率下某一頻率下, ,某一光強時某一光強時光電管的伏安特性曲線光電管的伏安特性曲線1. 1. 實驗規(guī)律實驗規(guī)律 （2 2）截止電壓）截止電壓U U0 0 與入射光頻率具有線性

2、關(guān)系。與入射光頻率具有線性關(guān)系。0U0（1 1）僅當）僅當nnnn0 0（截止頻率）時才發(fā)生光電效應(yīng)，截截止頻率）時才發(fā)生光電效應(yīng)，截止頻率與材料有關(guān)，但與入射光強無關(guān)。止頻率與材料有關(guān)，但與入射光強無關(guān)。U0 曲線曲線(3)(3)在同一頻率下，飽和光電流強度在同一頻率下，飽和光電流強度I Im m 正比于正比于入射光強入射光強P P。(4)(4)光電效應(yīng)是瞬時效應(yīng)。當光照射到金屬表面時，幾光電效應(yīng)是瞬時效應(yīng)。當光照射到金屬表面時，幾 乎立即就有光電子逸出。乎立即就有光電子逸出。1P2PIm1Im2Io0UAKU12PP 同一頻率同一頻率, ,不同入射光強時不同入射光強時I IU UAKAK曲

3、線曲線二二. . 愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋(1905(1905年）年）： 光束由光束由光子光子構(gòu)成，頻率為構(gòu)成，頻率為n n的光束，光子能量為的光束，光子能量為e = hne = hn. . 當當光子光子照到金屬表面時，其能量一次為金屬中的電子全照到金屬表面時，其能量一次為金屬中的電子全部吸收，而不需積累能量的時間。部吸收，而不需積累能量的時間。 電子把這能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引力電子把這能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引力而作功，余下的就成為電子離開金屬表面后的動能。而作功，余下的就成為電子離開金屬表面后的動能。愛因斯坦的光電效應(yīng)方程：愛因斯坦的光電

4、效應(yīng)方程：Wmvh2021金屬的逸出功金屬的逸出功（1 1）當）當hnhn0 0 nn n0 0 = = W/h W/h（截止頻率）時才發(fā)生截止頻率）時才發(fā)生光電效應(yīng)光電效應(yīng)。(2) 即截止電壓即截止電壓U U0 0 與入射光頻率與入射光頻率n n 成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。 由實驗可確定該直線的斜率，從而算出普朗克常數(shù)由實驗可確定該直線的斜率，從而算出普朗克常數(shù)h h。eWehU020021mveUWmvh2021( (由實驗得由實驗得) )（3 3）當頻率一定時，入射光強）當頻率一定時，入射光強 P P 越大，光子數(shù)目越多，越大，光子數(shù)目越多，則單位時間內(nèi)產(chǎn)生光電子數(shù)目越多，飽和光電流強度就

5、則單位時間內(nèi)產(chǎn)生光電子數(shù)目越多，飽和光電流強度就越大。越大。即在同一頻率下，飽和光電流強度即在同一頻率下，飽和光電流強度I Im m 正比正比于入射光強于入射光強P P。（4 4）當光子入射金屬表面時，一個光子攜帶的能量）當光子入射金屬表面時，一個光子攜帶的能量 hn hn 一次一次為一個電子全部吸收，若為一個電子全部吸收，若 nnn0 ，電子立即逸出而不需時間，電子立即逸出而不需時間積累。積累。即光電效應(yīng)具有瞬時性。即光電效應(yīng)具有瞬時性。三三. .實驗儀器實驗儀器汞燈電源汞燈電源高壓汞燈高壓汞燈光電管和暗箱光電管和暗箱測試儀測試儀光闌光闌濾光片濾光片“電壓電壓”選擇按鍵選擇按鍵“電流量程電流

6、量程”選擇旋鈕選擇旋鈕“電流調(diào)零電流調(diào)零”旋旋鈕鈕“電壓調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)”旋旋鈕鈕濾光片濾光片光闌光闌汞燈遮光蓋汞燈遮光蓋光電管暗箱遮光蓋光電管暗箱遮光蓋四四. . 思考題思考題當加在光電管兩端的電壓為零時，光電流不為零，當加在光電管兩端的電壓為零時，光電流不為零， 這是為什么？這是為什么？2. 2. 光電管一般都用逸出功小的金屬做陰極，用逸出光電管一般都用逸出功小的金屬做陰極，用逸出功大的金屬做陽極，為什么？功大的金屬做陽極，為什么？3.3.實驗時能否將濾光片放在光源的出光孔上？為什實驗時能否將濾光片放在光源的出光孔上？為什么？么？五五. .實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容1. 1. 測試前準備測試前準備: :

7、 蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，將光電管與汞燈距離調(diào)蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，將光電管與汞燈距離調(diào) 整并保持在整并保持在400400mmmm，接通測試儀及汞燈電源，預(yù)熱約接通測試儀及汞燈電源，預(yù)熱約1515minmin。 （注意：汞燈一旦開啟，不要隨意關(guān)閉）注意：汞燈一旦開啟，不要隨意關(guān)閉）測試儀調(diào)零：蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，測試儀調(diào)零：蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，“電壓電壓”選選 擇擇 在在2 2V +2VV +2V檔，檔，“電流量程電流量程”選擇在選擇在10101313A A檔，旋檔，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)“電電 流流 調(diào)零調(diào)零” ” 旋鈕使旋鈕使“電流表電流表”指示為零。指示為零。 （注意：

8、每次調(diào)換（注意：每次調(diào)換“電流量程電流量程”，都應(yīng)重新調(diào)零，都應(yīng)重新調(diào)零) )(3) (3) 調(diào)整光路：調(diào)整光路：先先取下光電管暗箱遮光蓋，將直徑為取下光電管暗箱遮光蓋，將直徑為2 2mmmm的光的光 闌及波長為闌及波長為365.0365.0nmnm的濾光片插在光電管入射窗孔前，的濾光片插在光電管入射窗孔前，再再取取 下汞燈的遮光蓋，使汞燈的出射光對準光電管入射窗孔。下汞燈的遮光蓋，使汞燈的出射光對準光電管入射窗孔。 （注意：嚴禁讓汞光不經(jīng)過濾光片直接入射光電管）（注意：嚴禁讓汞光不經(jīng)過濾光片直接入射光電管）2. 2. 用零電流法測定用零電流法測定h h 將將“電壓電壓”選擇按鍵置于選擇按鍵置

9、于2 2V +2VV +2V檔，檔，“電流量程電流量程”選選擇在擇在10101313A A檔并重新調(diào)零。將直徑為檔并重新調(diào)零。將直徑為2 2mmmm的光闌及波長為的光闌及波長為365.0365.0nmnm的濾光片插在光電管入射窗孔前，調(diào)節(jié)電壓的濾光片插在光電管入射窗孔前，調(diào)節(jié)電壓U UAKAK，使得光電流使得光電流I I為零，此時測試儀中顯示的電壓值即可認為是該入射光頻率為零，此時測試儀中顯示的電壓值即可認為是該入射光頻率對應(yīng)的截止電壓。重復(fù)測量四次，填入表對應(yīng)的截止電壓。重復(fù)測量四次，填入表31311 1中。中。 依次依次 更換其余四個濾光片（注意：一定要更換其余四個濾光片（注意：一定要先先

10、蓋上汞燈的遮蓋上汞燈的遮光蓋光蓋再再更換濾光片），測出各自對應(yīng)的截止電壓。更換濾光片），測出各自對應(yīng)的截止電壓。表311 光闌孔f =2mm 波長波長l l (nm) 365.0404.7435.8546.1577.08.2147.4076.8795.4905.196截止電壓截止電壓1234 平均值平均值Hz)10 14（頻率)V(0U關(guān)系 0U3. 3. 測光電管的伏安特性曲線測光電管的伏安特性曲線( (I IU UAKAK曲線曲線) ) 將將“電壓電壓”選擇按鍵置于選擇按鍵置于2 2V +30VV +30V檔，將檔，將“電流量程電流量程”選選擇開關(guān)置于擇開關(guān)置于10101313A A并重新

11、調(diào)零，將直徑為并重新調(diào)零，將直徑為2mm2mm的光闌及波長的光闌及波長435.8435.8nmnm的濾光片插在光電管入射窗孔前。的濾光片插在光電管入射窗孔前。(1) (1) 從截止電壓開始由低到高調(diào)節(jié)電壓，直至從截止電壓開始由低到高調(diào)節(jié)電壓，直至3030V V（不高于（不高于3030V V）。）。 從截止電壓到從截止電壓到0 0V V 區(qū)間，電壓取值間隔為區(qū)間，電壓取值間隔為0.250.25V;V; 從從0 0V V到到8 8V V 區(qū)間，電壓取值間隔為區(qū)間，電壓取值間隔為1.51.5V;V; 從從8 8V V到到3030V V 區(qū)間，電壓取值間隔為區(qū)間，電壓取值間隔為3 3V;V; 每取一電

12、壓值，記錄一電流值到表每取一電壓值，記錄一電流值到表31312 2中。中。 為了使每個電流值都有三位有效數(shù)字，測量過程中須變?yōu)榱耸姑總€電流值都有三位有效數(shù)字，測量過程中須變換換“電流量程電流量程” ” 。 （注意：每次調(diào)換（注意：每次調(diào)換“電流量程電流量程”，都應(yīng)重新調(diào)零，都應(yīng)重新調(diào)零) ) (2) (2) 換上直徑為換上直徑為4 4mmmm的光闌，重復(fù)步驟的光闌，重復(fù)步驟(1)(1)。435.8435.8nmnm光闌光闌2mm2mm435.8435.8nmnm光闌光闌4 4mmmm)V(AKU)A10(10I)V(AKU)A10(10I)(0U30400mmL 231關(guān)系表AKUI4. 4.

13、 驗證光電管的飽和光電流驗證光電管的飽和光電流I Im m與入射光強與入射光強P P 成成正比關(guān)系正比關(guān)系 在在U UAKAK為為3030V V時，選擇時，選擇 “ “電流量程電流量程”使得電流值有三使得電流值有三位有效數(shù)字，并重新調(diào)零。在同一入射頻率，同一入射位有效數(shù)字，并重新調(diào)零。在同一入射頻率，同一入射距離下，記錄光闌直徑分別為距離下，記錄光闌直徑分別為2 2mmmm、4mm4mm、8mm8mm時對應(yīng)的時對應(yīng)的電流值于表電流值于表31313 3中。中。關(guān)系表 331PImnm8 .435nm1 .546(mm) 光闌孔)A10(10I248)A10(10Imm)400 V30(LUAK(mm) 光闌孔六六. .注意事項注意事項本實驗不必要求暗室環(huán)境，但應(yīng)本實驗不必要求暗室環(huán)境，但應(yīng)避免避免背景光強背景光強 的劇烈變化。的劇烈變化。2. 2. 實驗過程中注意隨時蓋上汞燈的遮光蓋，實驗過程中注意隨時蓋上汞燈的遮光蓋，嚴禁嚴禁讓讓 汞光不經(jīng)過濾光片直接入射光電管窗口。汞光不經(jīng)過濾光片直接入射光電管窗口。3. 3. 實驗結(jié)束時應(yīng)實驗結(jié)束時應(yīng)蓋上蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋！光電管暗箱和汞燈的遮光蓋！七七. . 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理用線性