佛山科学技术学院实验报告课程名称实验项目专业班级姓名学号指导教师成绩日期年月日一、实验目的1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解；2．测量光电管的伏安特性曲线；3．学习验证爱因斯坦光电效应方程的实验方法，测量普朗克常数。二、实验仪器光电效应（普朗克常数）实验仪（详见本实验附录A），数据记录仪。三、实验原理1．光电效应及其基本实验规律当一定频率的光照射到某些金属表面时，会有电子从金属表面即刻逸出，这种现象称为光电效应。从金属表面逸出的电子叫光电子，由光子形成的电流叫光电流，使电子逸出某种金属表面所需的功称为该金属的逸出功。研究光电效应的实验装置示意图如图1所示。GD为光电管，它是一个抽成真空的玻璃管，管内有两个金属电极，K为光电管阴极，A为光电管阳极；G为微电流计；V为电压表；R为滑线变阻器。单色光通过石英窗口照射到阴极上时，有光电子从阴极K逸出，阴极释放出的光电子在电场的加速作用下向阳极A迁移形成光电流，由微电流计G可以检测光电流的大小。调节R可使A、K之间获得连续变化的电压，改变，测量出光电流I的大小，即可测出光电管的伏安特性曲线，如图2(a)、(b)所示。图2光电效应的基本实验规律光电效应的基本实验规律如下：（1）对应于某一频率，光电效应的关系如图2(a)所示。从图中可见，对一定的频率，有一电压，当时，光电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压，称为截止电压。图1光电效应实验示意图（2）当后，迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比，如图2(b)所示。（3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图2(a)所示。（4）截止电压与频率v的关系如图2(c)所示。与成正比。当入射光频率低于某极限值（随不同金属而异）时，无论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。（5）光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为秒的数量级。2．爱因斯坦光电效应方程上述光电效应的实验规律无法用电磁波的经典理论解释。为了解释光电效应现象，爱因斯坦根据普朗克的量子假设，提出了光子假说。他认为对于频率为的光波，每个光子的能量为，为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次性为金属中的电子全部吸收，而无须积累能量的时间。电子把该能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，另一部分就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程（1）式中，为被光线照射的金属材料的逸出功，为从金属逸出的光电子的最大初动能。由式（1）可知，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低（即加反向电压）时，也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有关系（2）阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加时再变化，光电流出现饱和，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。光子的能量时，电子一次性吸收的能量不足以使之脱离金属，此时光强再大也没有光电流产生。因此产生光电效应的最低频率是，该频率称为截止频率。3．普朗克常数的测量将式（2）代入式（1）可得（3）此式表明，对于同一种金属而言，电子的逸出功是一定的，截止电压是频率的线性函数，直线斜率，如图2(c)所示。因此，只要用实验方法得出不同的频率光照时对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数。爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。四、实验内容与步骤1．测试前的准备（1）将测试仪及汞灯电源接通（汞灯一旦开启不要随意关闭），预热20分钟。（2）把汞灯及光电管暗箱遮光盖盖上，将汞灯暗箱光输出口对准光电管暗箱光输入口，调整光电管于汞灯距离约30cm并保持不变。（3）用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与测试仪电压输出端（后面板上）连接起来（红红，黑黑）。（4）仪器在充分预热后，进行测试前调零，将“电流倍率”选择开关拨至零点挡位，旋转“调零”...
