1、实验-20 光电效应,制作：周嘉萍,一.实验原理 二.爱因斯坦的解释 三.实验仪器 四.实验思考题 五.实验内容 六.注意事项 七.数据处理,一.实验原理,在光的照射下，电子从金属表面逸出的现象，叫光电效应。,1. 实验规律,（2）截止电压U0 与入射光频率具有线性关系。,（1）仅当nn0（截止频率）时才发生光电效应，截 止频率与材料有关，但与入射光强无关。,U0 n 曲线,(3)在同一频率下，饱和光电流强度Im 正比于入射光强P。,(4)光电效应是瞬时效应。当光照射到金属表面时，几乎立即就有光电子逸出。,二. 爱因斯坦对光电效应的解释(1905年）：光束由光子构成，频率为n的光束，光子能量为
2、e = hn.当光子照到金属表面时，其能量一次为金属中的电子全 部吸收，而不需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力 而作功，余下的就成为电子离开金属表面后的动能。 爱因斯坦的光电效应方程：,（1）当hn0n0 = W/h（截止频率）时才发生光电效应。,(2),即截止电压U0 与入射光频率n 成线性关系。由实验可确定该直线的斜率，从而算出普朗克常数h。,(由实验得),（3）当频率一定时，入射光强 P 越大，光子数目越多，则单位时间内产生光电子数目越多，饱和光电流强度就越大。即在同一频率下，饱和光电流强度Im 正比于入射光强P。,（4）当光子入射金属表面时，一个光子携带
3、的能量 hn 一次为一个电子全部吸收，若 nn0 ，电子立即逸出而不需时间积累。即光电效应具有瞬时性。,三.实验仪器,汞灯电源,高压汞灯,光电管和暗箱,测试仪,光阑,滤光片,“电压”选择按键,“电流量程”选择旋钮,“电流调零”旋钮,“电压调节”旋钮,滤光片,光阑,汞灯遮光盖,光电管暗箱遮光盖,四. 思考题,当加在光电管两端的电压为零时，光电流不为零，这是为什么？ 2. 光电管一般都用逸出功小的金属做阴极，用逸出功大的金属做阳极，为什么？ 3.实验时能否将滤光片放在光源的出光孔上？为什么？,五.实验内容,1. 测试前准备:盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光电管与汞灯距离调整并保持在400mm，接
4、通测试仪及汞灯电源，预热约15min。（注意：汞灯一旦开启，不要随意关闭）测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，“电压”选择 在2V +2V档，“电流量程”选择在1013A档，旋转“电流 调零” 旋钮使“电流表”指示为零。（注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零),(3) 调整光路：先取下光电管暗箱遮光盖，将直径为2mm的光阑及波长为365.0nm的滤光片插在光电管入射窗孔前，再取下汞灯的遮光盖，使汞灯的出射光对准光电管入射窗孔。（注意：严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管）,2. 用零电流法测定h将“电压”选择按键置于2V +2V档，“电流量程”选择在1013A档并重新调零。将直径为2
5、mm的光阑及波长为365.0nm 的滤光片插在光电管入射窗孔前，调节电压UAK，使得光电流I 为零，此时测试仪中显示的电压值即可认为是该入射光频率 对应的截止电压。重复测量四次，填入表311中。依次 更换其余四个滤光片（注意：一定要先盖上汞灯的遮光盖再更换滤光片），测出各自对应的截止电压。,表311 光阑孔f =2mm,3. 测光电管的伏安特性曲线(IUAK曲线)将“电压”选择按键置于2V +30V档，将“电流量程”选择开关置于1013A并重新调零，将直径为2mm的光阑及波长435.8nm的滤光片插在光电管入射窗孔前。 (1) 从截止电压开始由低到高调节电压，直至30V（不高于30V）。从截止
6、电压到0V 区间，电压取值间隔为0.25V;从0V到8V 区间，电压取值间隔为1.5V;从8V到30V 区间，电压取值间隔为3V;每取一电压值，记录一电流值到表312中。,为了使每个电流值都有三位有效数字，测量过程中须变换“电流量程” 。 （注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零)(2) 换上直径为4mm的光阑，重复步骤(1)。,4. 验证光电管的饱和光电流Im与入射光强P 成正比关系在UAK为30V时，选择 “电流量程”使得电流值有三位有效数字，并重新调零。在同一入射频率，同一入射距离下，记录光阑直径分别为2mm、4mm、8mm时对应的电流值于表313中。,六.注意事项,本实验不必要求暗室环境，但应避免背景光强的剧烈变化。 2. 实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管窗口。 3. 实验结束时应盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖！,七. 数据处理,用线性回归法求U0n直线的斜率k:,再由h= ek求出普朗克常数h，并与公认值h0比较，求出百分误差:,根据表312的数据，在坐标纸上作出对应两种通光量的I-UAK关系曲线。,
