光电效应实验VIP免费

实验二光电效应实验【预习重点】1、了解前人研究光电效应进程中的思维精华。2、体会数值微商法的应用意图，弄清怎样计算，怎样作图。3、复习直线拟合；了解曲线族的应用。【实验目的】本实验令不同频率的单色光依次入射同一光电管，测绘伏安特性曲线族，用数值微商法确定不同光频的遏止电势差，经曲线族变换获得遏止电势差—光频曲线，以此验证爱因斯坦方程并求普朗克常数。【学史背景】光电效应作为信号转换的一种重要方式，已制成光电管、光电倍增管等器中，广泛地应用在工农业生产、科教文卫和国防建设众多领域中。但这绝不是光电效应的全部价值。更重要的是发现光电效应的过程本身，它曾经把人类认识自然的能力提升到一个崭新高度，有力地推动了近代物理学的创立和发展。19世纪末，理论物理学者普朗克（MaxKarlErnstLudwigPlanck,1858—1947）在前人的基础上研究黑体辐射。1900年12月14日，他在德国物理学会例会上宣读论文《关于正常光谱的能量分布定律》，公然挑战有史以来默认物理量可以连续变化的常规，提出石破天惊的能量量子化假设，拉开人类揭示微观世界跳跃式变化规律的序幕。以其姓氏命名的普朗克常数，连同1900年12月14日这个非凡的日子一起载入量子论创立发展史册，普朗克本人荣膺1918年度诺贝尔物理奖。普朗克量子假说最初并未引起太多注意，充其量被当作局限于个别问题侥幸成功的一个经验公式。首先意识到深刻内涵并推动量子论发展的人是青年学者爱因斯坦（AlbertEinstein,1879—1955）。爱因斯坦1905年在《关于光的产生和转化的一个试探性观点》一文中高屋建瓴，把普朗克量子假说推广到光辐射，发展为光量子（光子）概念，精辟解释了此前已由赫兹、勒纳德等人研究发现的光电效应奇特现象。当时，包括普朗克本人在内的许多物理学家都认为爱因斯坦走得太远，太过分了。实验物理学者密立根（RobertAndrewsMillikan,1868—1953）抱着否定态度开展了杰出的试验研究，他甚至把旋转式微型剃刀装进真空光电管中，以便随时清除电极表面的氧化膜。密立根1916年发表的实验结果把赞成票转而投向爱因斯坦。爱因斯坦和密立根分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理奖，他们的不朽业绩和科学风范永远昭示后人。因研究阴极射线获1905年度诺贝尔物理奖的勒纳德发明了一种光电管，实际上就是真空三极管的雏型，为他人的研究提供了良好借鉴。人们公认勒纳德是一位卓越的科学家，但他本人仍觉得被忽视了。勒纳德后来追随纳粹，攻击相对论，在科学史上留下一笔遗憾。【实验原理】1．光电效应的实验规律勒纳德等人的工作揭示光电效应基本实验事实如下：（1）仅当光频高于某一阈值时，才能从金属表面打出光电子；（2）单个光电子的动能随光频提高而增大，与入射光强无关；（3）单位时间内产生光电子的数目仅与入射光强有关，与光频无关；（4）光电效应是瞬时完成的，电子吸收光能几乎不需要积累时间。经典物理学无论如何也解释不了上述现象，爱因斯坦利用光子假说作出了清晰的说明。他指出，入射光其实就是单粒能量=h的光子流。这种光子在运动中并不瓦解，而是在一瞬间整个地被吸收或被发射。电子吸收光子后，如果动能仍小于金属的逸出功（功函数），即h＜W，则不可能脱离金属表面成为光电子；满足h=W的光频0叫做该种金属的光电效应截止频率（红限），它激发的光电子刚好脱离金属表面而无剩余动能；如果h＞W，激发的光电子脱离金属表面后具有剩余动能（1）这个式子称为爱因斯坦光电方程。在理想光电管中，令光电子在反向电场中前进，当剩余的动能刚好被耗尽时，电子所经历的电势差Uv叫做遏止电势差，显然eUv=，代入（1）式可得（2）（2）式表明，遏止电势差Uv是入射光频的一次函数，h/e就是一次曲线的斜率。爱因斯坦方程预见了实验测算普朗克常数的可行方案。除了求出h的量值以外，还可通过（2）式了解光电管的特性。令=0，可得理想阴极的逸出电势等于曲线的纵轴截距，U0=-W/e；令Uv=0，可得理想阴极的截止频率等于曲线的横轴截距，0=W/h。实际光电管的情况比较复杂，只能把两个截距U0、0看作整体光电管的宏观参量。图1图1是研究光电效应的简化电路。一束单色光照射真空光电管的阴极K，设光...