光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

1、17實(shí)驗(yàn)二光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)【預(yù)習(xí)重點(diǎn)】1、了解前人研究光電效應(yīng)進(jìn)程中的思維精華。2、體會(huì)數(shù)值微商法的應(yīng)用意圖，弄清怎樣計(jì)算，怎樣作圖。3、復(fù)習(xí)直線擬合；了解曲線族的應(yīng)用。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹勘緦?shí)驗(yàn)令不同頻率的單色光依次入射同一光電管，測(cè)繪伏安特性曲線族，用數(shù)值微商法確定不同光頻的遏止電勢(shì)差，經(jīng)曲線族變換獲得遏止電勢(shì)差—光頻曲線，以此驗(yàn)證愛因斯坦方程并求普朗克常數(shù)?！緦W(xué)史背景】光電效應(yīng)作為信號(hào)轉(zhuǎn)換的一種重要方式，已制成光電管、光電倍增管等器中，廣泛地

2、應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科教文衛(wèi)和國(guó)防建設(shè)眾多領(lǐng)域中。但這絕不是光電效應(yīng)的全部?jī)r(jià)值。更重要的是發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)的過程本身，它曾經(jīng)把人類認(rèn)識(shí)自然的能力提升到一個(gè)嶄新高度，有力地推動(dòng)了近代物理學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展。19世紀(jì)末，理論物理學(xué)者普朗克（MaxKarlErnstLudwigPlanck1858—1947）在前人的基礎(chǔ)上研究黑體輻射。1900年12月14日，他在德國(guó)物理學(xué)會(huì)例會(huì)上宣讀論文《關(guān)于正常光譜的能量分布定律》，公然挑戰(zhàn)有史以來(lái)默認(rèn)物理量可以連

3、續(xù)變化的常規(guī)，提出石破天驚的能量量子化假設(shè)，拉開人類揭示微觀世界跳躍式變化規(guī)律的序幕。以其姓氏命名的普朗克常數(shù)，連同1900年12月14日這個(gè)非凡的日子一起載入量子論創(chuàng)立發(fā)展史冊(cè)，普朗克本人榮膺1918年度諾貝爾物理獎(jiǎng)。普朗克量子假說(shuō)最初并未引起太多注意，充其量被當(dāng)作局限于個(gè)別問題僥幸成功的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。首先意識(shí)到深刻內(nèi)涵并推動(dòng)量子論發(fā)展的人是青年學(xué)者愛因斯坦（AlbertEinstein1879—1955）。愛因斯坦1905年在《關(guān)于

4、光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)試探性觀點(diǎn)》一文中高屋建瓴，把普朗克量子假說(shuō)推廣到光輻射，發(fā)展為光量子（光子）概念，精辟解釋了此前已由赫茲、勒納德等人研究發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)奇特現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)，包括普朗克本人在內(nèi)的許多物理學(xué)家都認(rèn)為愛因斯坦走得太遠(yuǎn)，太過分了。實(shí)驗(yàn)物理學(xué)者密立根（RobertrewsMillikan1868—1953）抱著否定態(tài)度開展了杰出的試驗(yàn)研究，他甚至把旋轉(zhuǎn)式微型剃刀裝進(jìn)真空光電管中，以便隨時(shí)清除電極表面的氧化膜。密立根1916年發(fā)表的

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果把贊成票轉(zhuǎn)而投向愛因斯坦。愛因斯坦和密立根分別于1921年和1923年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)，他們的不朽業(yè)績(jī)和科學(xué)風(fēng)范永遠(yuǎn)昭示后人。因研究陰極射線獲1905年度諾貝爾物理獎(jiǎng)的勒納德發(fā)明了一種光電管，實(shí)際上19頻＞0，有光電子產(chǎn)生且有剩余動(dòng)能。只要外電路閉合，即使電源分壓U=0，光??電子也能到達(dá)陽(yáng)極A形成光電流IA，IA的量值由μA表讀出。當(dāng)U的極性K負(fù)A正時(shí)，電場(chǎng)對(duì)光電子加速，飛抵A的速度加快。如果光強(qiáng)不變，單位時(shí)間的入射光子數(shù)不變

6、，單位時(shí)間產(chǎn)生的光電子數(shù)也不變，從而單位時(shí)間到達(dá)A極的電子數(shù)不變。即使增大U，IA也不會(huì)增加，光電管進(jìn)入正向飽和狀態(tài)，如圖2（a）虛線a段所示。當(dāng)K正A負(fù)時(shí)，電場(chǎng)使光電子減速。|U|較小時(shí)，光電子到達(dá)A極速度尚不為零，雖然渡越時(shí)間變長(zhǎng)，但單位時(shí)間進(jìn)入A極的光電子數(shù)仍等于此間K極產(chǎn)生的光電子數(shù)，IA維持不變，如圖2（a）虛線b′段。進(jìn)一步增大|U|直到Uv，光電子抵達(dá)A極前減速為零，剩余動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)勢(shì)能eUv=，之后電子加速返回22

7、1?mvK極。因無(wú)電子進(jìn)入A極，IA驟降為零，光電管進(jìn)入反向截止?fàn)顟B(tài)，如圖2（a）虛線c段，Uv就是該光電管對(duì)該光頻的遏止電勢(shì)差。此?時(shí)即便增大光強(qiáng)，雖能激發(fā)更多的光電子，但不能增加單個(gè)光電子動(dòng)能，故IA≡0。光電流在Uv下驟降為零的特性稱為銳截止特性，銳截止的必要前圖2提是K極表面各處的逸出功W都是同一個(gè)確定量值。理想光電管并不存在，實(shí)際陰極材料的W值是不均勻的，有一個(gè)帶寬W△W；陰極表面淺層電子的初動(dòng)能也不是一個(gè)定值，因而單一光頻激

8、發(fā)的光電子剩余動(dòng)能大小不一。見圖二（b），當(dāng)U趨負(fù)時(shí)，光電子從S點(diǎn)開始依次被遏止，IA沿實(shí)線b減小，直至Uv時(shí)，IA降為零，稱為遙截止特性。S點(diǎn)和ν點(diǎn)分別叫做曲線的肩部和趾部。S點(diǎn)開始被遏止的光電?子具有最小動(dòng)能，可知它們是從陰極表面W最大的地方逸出的；直到Uv才被遏止的光電子具有最大剩余動(dòng)能，顯然它們是從陰極表面W最小的地方逸出的。假如入射光單色性不好，光頻也具有帶寬△，則Uv還要左移。此時(shí)Uv對(duì)應(yīng)于光頻??上限△而不是主頻，出現(xiàn)明顯