光電效應(yīng)實驗

◆大學(xué)物理實驗

光電效應(yīng)及普朗克常量的測定主講：巫志玉歷史背景：1、1887年，赫茲在實驗中觀察到了光電效應(yīng)現(xiàn)象2、1900年，普朗克提出了量子假說3、1905年，愛因斯坦提出了光子假說4、1916年，密立根證實了愛因斯坦的光電效應(yīng)方程普朗克康普頓赫茲愛因斯坦密立根5、1922年，康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)◆加深對光的本性的認(rèn)識過程微粒說(牛頓)→波動說(惠更斯)→電磁說(麥克斯韋)◆加深對量子學(xué)說認(rèn)識的歷史發(fā)展過程太陽能飛機(jī)煙霧報警器顏色檢測器光電自動門轉(zhuǎn)速測定有聲電影機(jī)一、實驗?zāi)康?、了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律2、測定光電管的伏安特性曲線3、掌握用作圖法測定普朗克常數(shù)的方法二、儀器用具FB807A型光電效應(yīng)(普朗克常數(shù))測定儀三、實驗原理1、光電效應(yīng)◆當(dāng)光照射到某些金屬表面上時，會有電子從金屬表面即刻逸出的現(xiàn)象光電效應(yīng)外光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)光生伏特效應(yīng)◆光電效應(yīng)的基本規(guī)律(1)、僅當(dāng)光頻高于某一閾值(截止頻率)時，才能從金屬表面打出光電子(2)、單個光電子的動能隨光頻提高而增大，與入射光強(qiáng)無關(guān)(3)、光電流僅與光強(qiáng)有關(guān)且成正比，與光頻無關(guān)(4)、光電效應(yīng)是瞬時效應(yīng)，電子吸收光能幾乎不需要積累時間2、愛因斯坦光電效應(yīng)方程愛因斯坦認(rèn)為從一點發(fā)出的光不是按麥克斯韋電磁學(xué)說指出的那樣以連續(xù)分布的形式把能量傳播到空間，而是頻率為ν的光以hν為能量單位(光量子)的粒子形式地向外輻射。

至于光電效應(yīng)，光是以光粒子的形式打在金屬的表面，金屬中的電子要么不吸收能量，要么就吸收一個光子的全部能量，而無需積累能量的時間；只有當(dāng)這能量大于電子擺脫金屬表面約束所需的逸出功WS時，電子才會以一定的初動能逸出金屬表面。

其中：h為普朗克常數(shù)(公認(rèn)值h0=6.62619×10-34J·S)υ為入射光的頻率m為電子的質(zhì)量v為光電子逸出金屬表面時的初速度WS為金屬材料的逸出功3、密立根實驗◆截止電壓US當(dāng)光電管AK之間加上反向電場使光電流為0時的電壓AK4、光電管的伏安特性曲線◆光電管理想伏安特性曲線◆光電管實測伏安特性曲線光電流包含：(1)暗電流：主要由熱電子發(fā)射與管殼漏電造成(2)本底電流：主要由雜散光射入光電管造成(3)反向電流：主要由材料污染陽極造成光電管理想伏安特性曲線光電管實測伏安特性曲線5、普朗克常數(shù)的測定作出光電管的光譜特性曲線US～υ，應(yīng)為一條直線，求出該直線的斜率k，則普朗克常數(shù)h=ke，并算出測量值與公認(rèn)值之間的相對誤差。四、實驗內(nèi)容1、測繪光電管的光譜特性曲線US~υ的關(guān)系2、測繪光電管的伏安特性曲線I~U的關(guān)系五、數(shù)據(jù)記錄表格波長λi(nm)365.0(紫外線)404.7(紫光)435.8(藍(lán)光)546.1(綠光)577.0(黃光)頻率υi(×1014HZ)8.2147.4086.8795.4905.196截止電壓US(V)備注入射距離L=400mm，光欄孔φ=4mm，電流檔位×10-13A1、測繪光電管的光譜特性曲線US～υ數(shù)據(jù)記錄表2、測定光電管的伏安特性曲線I～U數(shù)據(jù)記錄表λ(nm)UAK(V)-2.0-1.00.01.0···24.025.026.027.0365.0I(×10-10A)404.7I(×10-10A)435.8I(×10-10A)546.1I(×10-10A)577.0I(×10-10A)備注入射距離L=400mm，光欄孔φ=4mm六、實驗步驟2、預(yù)熱：打開汞燈與主機(jī)電源開關(guān)，對汞燈及主機(jī)進(jìn)行預(yù)熱4、擇壓：選擇電壓量程(測截止電壓時把“電源轉(zhuǎn)換”按鈕按下；測伏安特性時把“電源轉(zhuǎn)換”按鈕松開)3、擋光：把濾色片調(diào)到0擋光位，用遮光蓋蓋住濾色片及汞燈的發(fā)光孔，再把光欄調(diào)到4mm，光的入射距離調(diào)到400mm1、接線：用專用電流信號線與導(dǎo)線把主機(jī)與光電管聯(lián)接好5、選程：選擇電流量程(測截止電壓時把“電流量程”旋鈕調(diào)到10-13檔位；測伏安特性時把“電流量程”旋鈕調(diào)到10-10檔位)166、調(diào)零：調(diào)整“電壓粗調(diào)”與“電壓細(xì)調(diào)”旋鈕，使電壓表顯示0，再調(diào)整“調(diào)零”旋鈕，使電流表顯示07、測量：取下汞燈與濾色片的遮光蓋，旋轉(zhuǎn)濾色片到相應(yīng)波長并測量。(測截止電壓時，調(diào)整“電壓調(diào)節(jié)旋鈕”使電流表顯示為0，并記錄截止電壓；測伏安特性時，調(diào)整“電壓調(diào)節(jié)旋鈕”到相應(yīng)電壓，并記錄光電流)8、歸儀：(關(guān)閉汞燈及主機(jī)電源，拆除聯(lián)接導(dǎo)線，把濾色片調(diào)到0擋光位，蓋上濾色片及汞燈的遮光蓋，整理好實驗儀器)六、實驗步驟七、注意事項3、實驗結(jié)束時應(yīng)蓋上光電管暗盒和汞燈的遮光蓋2、實驗時避免背景光的強(qiáng)烈變化1、操作過程中隨時把濾色片轉(zhuǎn)盤放到0擋光位八、思考題1、光電效應(yīng)有哪些規(guī)律？愛因斯坦光電效應(yīng)