光電效應(yīng)講義

PAGEPAGE3實驗三光電效應(yīng)【實驗?zāi)康摹考由顚獾牧孔有缘恼J(rèn)識。驗證愛因斯坦方程，測定普朗克常數(shù)。測定光電管的伏安特性曲線。【實驗原理】當(dāng)一定頻率的光照射到某些金屬表面上時，可以使電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)．所產(chǎn)生的電子，稱為光電子。光電效應(yīng)是光的經(jīng)典電磁理論所不能解釋的。1905年愛因斯坦依照普朗克的量子假設(shè)，提出了光子的概念。他認(rèn)為光是一種微?！庾樱活l率為的光子具有能量h，h為普朗克常數(shù)，目前國際公認(rèn)值為h=(6．6260755±0．0000040)×10-34J·s。當(dāng)金屬中的電子吸收一個頻率為的光子時，便獲得這光子的全部能量h，如果這能量大于電子擺脫金屬表面的約束所需要的逸出功W，電子就會從金屬中逸出．按照能量守恒原理有：(3.1)上式稱為愛因斯坦方程，其中m和vm是光電子的質(zhì)量和最大速度，是光電子逸出表面后所具有的最大動能．它說明光子能量h小于W時，電子不能逸出金屬表面，因而沒有光電效應(yīng)產(chǎn)生；產(chǎn)生光電效應(yīng)的入射光最低頻率=W／h，稱為光電效應(yīng)的極限頻率(又稱紅限)。不同的金屬材料有不同的逸出功，因而也是不同的。用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實驗，測量普朗克常數(shù)的實驗原理如圖3.1所示。圖中K為圖3.1光電效應(yīng)實驗原理圖光電管的陰極，A為陽極，微安表用于測量微小的光電流，電壓表用于測量光電管兩極間的電壓，E為電源，R提供的分壓可以改變光電管兩極間的電勢差。當(dāng)單色光入射到光電管的陰極K上時，如有光電子逸出，則當(dāng)陽極A加正電勢，K加負(fù)電勢時，光電子就被加速；而當(dāng)K加正電勢，A加負(fù)電勢時，光電子就被減速。當(dāng)A、K之間所加電壓U足夠大時，光電流達(dá)到飽和值Im,當(dāng)U≤-U0，并滿足方程源為-3～+3V連續(xù)可調(diào)，電壓量程分0V～±1V～±2V～±3V六段讀數(shù)，讀數(shù)精度0．02V。測量放大器可以連續(xù)地工作8小時以上。圖3.5光電效應(yīng)實驗裝置示意圖【實驗內(nèi)容】測試前的準(zhǔn)備(1)將光源、光電管暗盒、微電流測量放大器安放在適當(dāng)位置，連接好光電管暗盒與測量放大器之間的屏蔽電纜、地線和陽極電源線。參見圖3.5和圖3.6。將微電流測量放大器面板上各開關(guān)、旋鈕置于下列位置：“倍率”開關(guān)置“ZERO”；“電流極性”置“-”；“工作選擇”置“DC”；“掃描平移”任意；“電壓極性”置“-”；“電壓量程”置“-3”；“電壓調(diào)節(jié)”反時針調(diào)到頭。(2)打開微電流測量放大器電源開關(guān)讓其預(yù)熱20-30分鐘。在光電管暗盒的光窗上裝光闌；并蓋上遮光罩，打開光源開關(guān)，讓汞燈預(yù)熱。測量光電管的I—U特性使暗盒離開光源30～50cm，基本等高，暗盒窗口正對光源出射孔。取去暗盒窗口上的遮光罩，換上波長λ=365nm的濾色片。將倍率旋鈕置于“10-7”檔，此時光電流大小應(yīng)在此量程范圍內(nèi)（注意，光電管暗盒正對汞燈時，電流最小）。選擇合適的電流和電壓量程，測出-3～3V時不同電壓下的光電流。測量時，-3～0V時每0.1V測一個點，0V以上可加大間隔。測量光電管拐點和本底電流。依次調(diào)換不同波長的濾色片，重復(fù)上面的測量，只測-3～0V時的光電流，每0.1V測一個點。擋住汞燈出光口，測量0V時光電管的本底電流（每個濾色片都測）。測量光電管的暗電流。用遮光罩罩住光電管暗盒，測量0V時光電管的暗電流。求普朗克常數(shù)h把不同頻率下的截止電壓描繪在方格紙上，如果實驗結(jié)果準(zhǔn)確，則U0=f(ν)關(guān)系曲線是一直線，求出直線的斜率，從而可算出普朗克常數(shù)h，并將結(jié)果與公認(rèn)值比較，求出百分誤差?！咀⒁馐马棥吭跀?shù)據(jù)表格后加拐點及本底電流數(shù)據(jù)表（365nm的本底電流記在I—V表中）。電壓（V）-3.0-2.9-2.8-2.7-2.6-2.5-2.4-2.3-2.2-2.1-2.0405nm436nm546nm577nm電壓（V）-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.2-1.1-1.0-0.9405nm436nm546nm577nm電壓（V）-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10本底405nm436nm546nm577nm微電流測量放大器必須充分預(yù)熱。為避免強(qiáng)光直射陰極縮短光電管壽命，更換濾色片時以及實驗完畢后用遮光罩蓋住光電管暗