光电效应讲义VIP免费

实验三光电效应【实验目的】1.加深对光的量子性的认识。2.验证爱因斯坦方程，测定普朗克常数。3.测定光电管的伏安特性曲线。【实验原理】当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应．所产生的电子，称为光电子。光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。1905年爱因斯坦依照普朗克的量子假设，提出了光子的概念。他认为光是一种微粒—光子；频率为的光子具有能量h，h为普朗克常数，目前国际公认值为h=(6．6260755±0．0000040)×10-34J·s。当金属中的电子吸收一个频率为的光子时，便获得这光子的全部能量h，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功W，电子就会从金属中逸出．按照能量守恒原理有：(3.1)上式称为爱因斯坦方程，其中m和vm是光电子的质量和最大速度，是光电子逸出表面后所具有的最大动能．它说明光子能量h小于W时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率=W／h，称为光电效应的极限频率(又称红限)。不同的金属材料有不同的逸出功，因而也是不同的。用光电管进行光电效应实验，测量普朗克常数的实验原理如图3.1所示。图中K为图3.1光电效应实验原理图光电管的阴极，A为阳极，微安表用于测量微小的光电流，电压表用于测量光电管两极间的电压，E为电源，R提供的分压可以改变光电管两极间的电势差。当单色光入射到光电管的阴极K上时，如有光电子逸出，则当阳极A加正电势，K加负电势时，光电子就被加速；而当K加正电势，A加负电势时，光电子就被减速。当A、K之间所加电压U足够大时，光电1流达到饱和值Im,当U≤-U0，并满足方程eU0=(3.2)时，光电流将为零，此时的U0称为截止电压。式中e为电子电量。光电管的伏安特性曲线（光电流与所加电压的I—U关系）如图3.2所示。当用一定强度的光照射在光电管阴极K上时，光电流I随两极间的加速电压改变而改变，开始光电流I随两极间的加速电压增加而增加，当加速电压增加到一定值后，光电流不再增加．这是因为在一定照度下，单位时间图3.2光电管的伏安特性曲线图3.3截止电压U0是入射光频率的线性关系图线内所产生的光电子数目一定，而且这些电子在电场的作用下已全都跑向阳极A，从而达到饱和。我们称此时的电流为饱和电流Im。由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电势差为零时，仍有光电流I存在。若在两极间施加一反向电压，光电流随之减小；当反向电压达到截止电压U0时，光电流为零。将式(3.2)代人式(3.1)可得eU0=hW即U0=(3.3)上式表明，截止电压U0是入射光频率的线性函数，其直线的斜率等于h／e。可见，2只要用实验方法，测量不同频率光的截止电压，作出U0—图线，如图3.3所示。从图中求得直线的斜率，即可求出普朗克常数h。另外，从直线和横坐标的交点还可求出极限频率。因此，由光电效应测定普朗克常数h的关键是正确地测定截止电压U0。需要指出的是，实际的光电管由于制作工艺等原因，给测定截止电压带来一些困难。对测量产生影响的主要因素如下：（1）暗电流和本底电流光电管在没有受到光照时，也会产生电流，称为暗电流。它是由阴极在常温下的热电子发射形成的热电流和封闭在暗盒里的光电管在外加电压下因管子阴极和阳极间绝缘电阻漏电而产生的漏电流两部分组成。本底电流是周围杂散光射入光电管所致。（2）反向电流由于制作光电管时阳极上往往溅有阴极材料，所以当光照到阳极上或杂散光漫射到阳极上时，阳极上也往往有光电子发射；此外，阴极发射的光电子也可能被阳极的表面所反射。当阳极A加负电势，阴极K加正电势时，对阴极K上发射的光电子而言起减速作用，而对阳极A发射或反射的光电子而言却起了加速作用，使阳极A发出的光电子也到达阴极K，形成反向电流。由于上述种种原因，实测的光电管伏安特性（I—U）曲线与理想曲线是有区别的。图3.4中实线表示实测曲线，虚线表示理想曲线即阴极光电流曲线，点划线代表影响较大的反向电流及暗电流曲线。实测曲线上每一点的电流值是以上三个电流值的代数和。显然，实测曲线上光电流I为零的点所对应的电压值并不是截止电压...