光電效應講義

1、1實驗三光電效應【實驗目的實驗目的】1.加深對光的量子性的認識。2.驗證愛因斯坦方程，測定普朗克常數(shù)。3.測定光電管的伏安特性曲線?！緦嶒炘韺嶒炘怼慨斠欢l率的光照射到某些金屬表面上時，可以使電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象稱為光電效應所產(chǎn)生的電子，稱為光電子。光電效應是光的經(jīng)典電磁理論所不能解釋的。1905年愛因斯坦依照普朗克的量子假設，提出了光子的概念。他認為光是一種微?！庾樱活l率為??的光子具有能量h?，h為普朗克常數(shù)，目前國際

2、公認值為h=(6626075500000040)1034Js。當金屬中的電子吸收一個頻率為??的光子時，便獲得這光子的全部能量h?，如果這能量大于電子擺脫金屬表面的約束所需要的逸出功W，電子就會從金屬中逸出按照能量守恒原理有：(3.1)Wvmhm??221?上式稱為愛因斯坦方程，其中m和vm是光電子的質(zhì)量和最大速度，是光電子221mvm逸出表面后所具有的最大動能它說明光子能量h?小于W時，電子不能逸出金屬表面，因而沒有光電效應產(chǎn)生；產(chǎn)生

3、光電效應的入射光最低頻率??=W／h，稱為光電效應的極限頻率(又稱紅限)。不同的金屬材料有不同的逸出功，因而??也是不同的。用光電管進行光電效應實驗，測量普朗克常數(shù)的實驗原理如圖3.1所示。圖中K為圖3.1光電效應實驗原理圖光電管的陰極，A為陽極，微安表用于測量微小的光電流，電壓表用于測量光電管兩極間的電壓，E為電源，R提供的分壓可以改變光電管兩極間的電勢差。當單色光入射到光電管的陰極K上時，如有光電子逸出，則當陽極A加正電勢，K加負電

4、勢時，光電子就被加速；而當K加正電勢，A加負電勢時，光電子就被減速。當A、K之間所加電壓U足夠大時，光電流達到飽和值Im當U≤U0，并滿足方程3（1）暗電流和本底電流光電管在沒有受到光照時，也會產(chǎn)生電流，稱為暗電流。它是由陰極在常溫下的熱電子發(fā)射形成的熱電流和封閉在暗盒里的光電管在外加電壓下因管子陰極和陽極間絕緣電阻漏電而產(chǎn)生的漏電流兩部分組成。本底電流是周圍雜散光射入光電管所致。（2）反向電流由于制作光電管時陽極上往往濺有陰極材料，所

5、以當光照到陽極上或雜散光漫射到陽極上時，陽極上也往往有光電子發(fā)射；此外，陰極發(fā)射的光電子也可能被陽極的表面所反射。當陽極A加負電勢，陰極K加正電勢時，對陰極K上發(fā)射的光電子而言起減速作用，而對陽極A發(fā)射或反射的光電子而言卻起了加速作用，使陽極A發(fā)出的光電子也到達陰極K，形成反向電流。由于上述種種原因，實測的光電管伏安特性（I—U）曲線與理想曲線是有區(qū)別的。圖3.4中實線表示實測曲線，虛線表示理想曲線即陰極光電流曲線，點劃線代表影響較大的

6、反向電流及暗電流曲線。實測曲線上每一點的電流值是以上三個電流值的代數(shù)和。顯然，實測曲線上光電流I為零的點所對應的電壓值并不是截止電壓。從圖3.4可看出，陽極光電流(即反向電流和暗電流)的存在，使陰極光電流曲線下移，實測曲線的拐點(或稱抬頭點)處的電壓值與截止電壓近似相等，圖3.4對光電流曲線的分析可代替截止電壓。因此，光電效應實驗是通過找出實驗伏安特性曲線的拐點來確定截止電壓U0的?！緝x器介紹儀器介紹】1.GDH—Ⅰ型光電管：陽極為鎳圈