光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)第1頁/共22頁一.實(shí)驗(yàn)原理二.愛因斯坦的解釋三.實(shí)驗(yàn)儀器四.實(shí)驗(yàn)思考題五.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容六.注意事項(xiàng)七.數(shù)據(jù)處理第2頁/共22頁一.實(shí)驗(yàn)原理在光的照射下，電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫光電效應(yīng)。VGAK+－RE+－光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理圖某一頻率下,某一光強(qiáng)時光電管的伏安特性曲線第3頁/共22頁1.實(shí)驗(yàn)規(guī)律（2）截止電壓U0與入射光頻率具有線性關(guān)系。（1）僅當(dāng)n>n0（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(qiáng)無關(guān)。U0～n曲線第4頁/共22頁(3)在同一頻率下，飽和光電流強(qiáng)度Im正比于入射光強(qiáng)P。(4)光電效應(yīng)是瞬時效應(yīng)。當(dāng)光照射到金屬表面時，幾乎立即就有光電子逸出。同一頻率,不同入射光強(qiáng)時I～UAK曲線第5頁/共22頁二.愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋(1905年）：光束由光子構(gòu)成，頻率為n的光束，光子能量為e=hn.

當(dāng)光子照到金屬表面時，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。

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。愛因斯坦的光電效應(yīng)方程：金屬的逸出功第6頁/共22頁（1）當(dāng)hn0<W時，電子不能脫離金屬，因而沒有光電流產(chǎn)生。即當(dāng)n>n0=W/h（截止頻率）時才發(fā)生光電效應(yīng)。(2)即截止電壓U0與入射光頻率n成線性關(guān)系。由實(shí)驗(yàn)可確定該直線的斜率，從而算出普朗克常數(shù)h。(由實(shí)驗(yàn)得)第7頁/共22頁（3）當(dāng)頻率一定時，入射光強(qiáng)P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(qiáng)度就越大。即在同一頻率下，飽和光電流強(qiáng)度Im正比于入射光強(qiáng)P。（4）當(dāng)光子入射金屬表面時，一個光子攜帶的能量hn一次為一個電子全部吸收，若n>n0，電子立即逸出而不需時間積累。即光電效應(yīng)具有瞬時性。第8頁/共22頁三.實(shí)驗(yàn)儀器汞燈電源高壓汞燈光電管和暗箱測試儀光闌濾光片第9頁/共22頁“電壓”選擇按鍵“電流量程”選擇旋鈕“電流調(diào)零”旋鈕“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕第10頁/共22頁濾光片光闌汞燈遮光蓋光電管暗箱遮光蓋第11頁/共22頁四.思考題當(dāng)加在光電管兩端的電壓為零時，光電流不為零，這是為什么？2.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？3.實(shí)驗(yàn)時能否將濾光片放在光源的出光孔上？為什么？第12頁/共22頁五.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測試前準(zhǔn)備: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400mm，接通測試儀及汞燈電源，預(yù)熱約15min。（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，“電壓”選擇在－2V~+2V檔，“電流量程”選擇在10－13A檔，旋轉(zhuǎn)“電流調(diào)零”旋鈕使“電流表”指示為零。

（注意：每次調(diào)換“電流量程”，都應(yīng)重新調(diào)零)第13頁/共22頁(3)調(diào)整光路：先取下光電管暗箱遮光蓋，將直徑為2mm的光闌及波長為365.0nm的濾光片插在光電管入射窗孔前，再取下汞燈的遮光蓋，使汞燈的出射光對準(zhǔn)光電管入射窗孔。（注意：嚴(yán)禁讓汞光不經(jīng)過濾光片直接入射光電管）第14頁/共22頁2.用零電流法測定h將“電壓”選擇按鍵置于－2V~+2V檔，“電流量程”選擇在10－13A檔并重新調(diào)零。將直徑為2mm的光闌及波長為365.0nm的濾光片插在光電管入射窗孔前，調(diào)節(jié)電壓UAK，使得光電流I為零，此時測試儀中顯示的電壓值即可認(rèn)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31－1中。

依次

更換其余四個濾光片（注意：一定要先蓋上汞燈的遮光蓋再更換濾光片），測出各自對應(yīng)的截止電壓。第15頁/共22頁表31－1光闌孔f=2mm

波長l(nm)365.0404.7435.8546.1577.08.2147.4076.8795.4905.196截止電壓1234平均值第16頁/共22頁3.測光電管的伏安特性曲線(I～UAK曲線)

將“電壓”選擇按鍵置于－2V~+30V檔，將“電流量程”選擇開關(guān)置于10－13A并重新調(diào)零，將直徑為2mm的光闌及波長435.8nm的濾光片插在光電管入射窗孔前。(1)從截止電壓開始由低到高調(diào)節(jié)電壓，直至30V（不高于30V）。

從截止電壓到0V區(qū)間，電壓取值間隔為0.25V;從0V到8V區(qū)間，電壓取值間隔為1.5V;從8V到30V區(qū)間，電壓取值間隔為3V;每取一電壓值，記錄一電流值到表31－2中。

第17頁/共22頁為了使每個電流值都有三位有效數(shù)字，測量過程中須變換“電流量程”。（注意：每次調(diào)換“電流量程”，都應(yīng)重新調(diào)零)(2)換上直徑為4mm的光闌，重復(fù)步驟(1)。435.8nm光闌2mm435.8nm光闌4mm第18頁/共22頁4.驗(yàn)證光電管的飽和光電流Im與入射光強(qiáng)P成正比關(guān)系在UAK為30V時，選擇“電流量程”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，同一入射距離下，記錄光闌直徑分別為2mm、4mm、8mm時對應(yīng)的電流值于表31－3中。第19頁/共22頁六.注意事項(xiàng)本實(shí)驗(yàn)不必要求暗室環(huán)境，但應(yīng)避免背景光強(qiáng)的劇烈變化。2.實(shí)驗(yàn)過程中注意隨時蓋上汞燈的遮光蓋，嚴(yán)禁讓汞光不經(jīng)過濾光片直接入射光電管窗口。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)束時應(yīng)蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋！第20頁/共22頁七.數(shù)據(jù)處理用線性