光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常數(shù)2

1、光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常數(shù)光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常數(shù)1905年，年僅26歲的愛因斯坦提出光量子假說，發(fā)表了在物理學(xué)發(fā)展史上具有里程碑意義的光電效應(yīng)理論，10年后被具有非凡才能的物理學(xué)家密立根用光輝的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了。兩位物理大師之間微妙的默契配合推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展，他們都因光電效應(yīng)等方面的杰出貢獻(xiàn)分別于1921年和1923年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)及其光量子理論的解釋在量子理論的確立與發(fā)展上，在揭示光的波粒二象性等方面都具有劃時(shí)代的深遠(yuǎn)意義。利

2、用光電效應(yīng)制成的光電器件在科學(xué)技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且至今還在不斷開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。本實(shí)驗(yàn)的目的是了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律，并用光電效應(yīng)方法測(cè)量普朗克常量和測(cè)定光電管的光電特性曲線，并且通過對(duì)光電效應(yīng)的研究有助于學(xué)習(xí)和理解量子理論?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、加深對(duì)光的量子性的理解。2、驗(yàn)證愛因斯坦光電效應(yīng)方程，測(cè)出普朗克常量h?！緦?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理】當(dāng)光照在物體上時(shí)，光的能量僅部分地以熱的形式被物體吸收，而另一部分則轉(zhuǎn)

3、換為物體中某些電子的能量，使電子逸出物體表面，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，逸出的電子稱為光電子。在光電效應(yīng)中，光顯示出它的粒子性，所以這種現(xiàn)象對(duì)認(rèn)識(shí)光的本性，具有極其重要的意義。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。圖中A、K組成抽成真空的光電管，A為陽極，K為陰極。當(dāng)一定頻率ν的光射到金屬材料做志的陰極K上，就有光電子逸出金屬。若在A、K兩端加上電壓U后，光電子將由K定向地運(yùn)動(dòng)到A，在回路中就形成光電流I。其規(guī)律有：1、光電流與入射光強(qiáng)度的關(guān)系、光電

4、流與入射光強(qiáng)度的關(guān)系光電流隨著加速電位差U的增加而增加，加速電位差加到一定量值后，光電流達(dá)到飽和值Ih，飽和電流與光強(qiáng)成正比，而與入射光的頻率無關(guān)。當(dāng)U=Ua－Uk變成負(fù)值時(shí)，光電流迅速減小。實(shí)驗(yàn)指出，有一個(gè)遏止電位差Ua存在，當(dāng)電位差達(dá)到這個(gè)值時(shí)，光電流為零。如圖2（a）所示。圖中I~U曲線稱為光電管伏安特性曲線。2、光電子的初動(dòng)能與入射光頻率之間的關(guān)系、光電子的初動(dòng)能與入射光頻率之間的關(guān)系光電子從陰極逸出時(shí)，具有初動(dòng)能，在減速電壓下

5、，光電子逆著電場(chǎng)力方向由K極向A極運(yùn)動(dòng)。當(dāng)U=Ua時(shí)，光電子不再能達(dá)到A極，光電流為零。所以電子的初動(dòng)能等于克服電場(chǎng)力所作的功。即(1)aeUm?221?根據(jù)愛因斯坦關(guān)于光的本性的假設(shè)，光是一粒一粒運(yùn)動(dòng)著的粒子流，這些光粒子稱為光子。每一光子的能量為ε=hν，其中h為普朗克常數(shù)量，ν為光波的頻率。所以不同頻率的光波對(duì)應(yīng)的能量不同。光電子吸收了光子的能理hν之后，一部分消耗于克服電子的逸出功A，另一部分轉(zhuǎn)換為電子動(dòng)能。由能量守圖1光電效應(yīng)

6、原理圖2光電管伏安特性曲線作過程中盡量防止陰極材料蒸發(fā)，實(shí)驗(yàn)前對(duì)光電管陽極通電，減少其上濺射的陰極材料，實(shí)驗(yàn)中避免入射光直接照射到陽極上，這樣可使它的反向電流大大減少，其伏安特性曲線與圖2十分接近，因此曲線與U軸交點(diǎn)的電位差值近似等于遏止電位差Ua，此即為交點(diǎn)法。⑵拐點(diǎn)法光電管陽極反向電流雖然較大，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，若使反向光電流能較快地飽和，則伏安特性曲線在反向電流進(jìn)入飽和段后有著明顯的拐點(diǎn)，如圖3中虛線所示的理論曲線下移為實(shí)線所示的實(shí)

7、測(cè)曲線，遏止電位差Ua也下移到U’a點(diǎn)。因此測(cè)出U’a點(diǎn)即測(cè)出了理論值Ua。本實(shí)驗(yàn)方法采用的就是此方法。【實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器】普朗克常量測(cè)定儀一套。1、儀器的構(gòu)成、儀器的構(gòu)成如圖4所示，各器件安裝在一個(gè)70029080mm的底座上，在箱體內(nèi)部有AC220VDC12V開關(guān)和5V電源。2、儀器的工作原理、儀器的工作原理圖3表示實(shí)驗(yàn)裝置的光電原理。鹵鎢燈S發(fā)出的光束經(jīng)透鏡組L會(huì)聚到單色儀M的入射狹縫上，從單色儀出射狹縫發(fā)出的單色光投射到光電管P

8、T的陰極金屬板K，釋放光電子（發(fā)生光電效應(yīng)），A是集電極（陽極）。由光電子形成的光電流經(jīng)放大器AM放大后可以被微安表測(cè)量。如果在AK之間施加反向電壓（集電極為負(fù)電位），光電子就會(huì)受到電場(chǎng)的阻擋作用，當(dāng)反向電壓足夠大時(shí)，達(dá)到V0，光電流降到零，V0就稱作遏止電位。V0與電子電荷的乘積表示發(fā)射的最快的電子動(dòng)能Kmax，即（4）0maxeVK?G2VDCAVKμAMSLPTAMS：鹵鎢燈；L：透鏡；M：?jiǎn)紊珒x；G：光柵；PT：光電管；AM：放