實驗報告-光電效應實驗

南昌大學物理實驗報告學生姓名：學號：專業(yè)班級：材料124班實驗時間：10時00分第十一周星期四座位號：28實驗名稱：光電效應二、實驗目的:

1、通過實驗深刻理解愛因斯坦的光電效應理論，了解光電效應的基本規(guī)律；2、掌握用光電管進行光電效應研究的方法；3、學習對光電管伏安特性曲線的處理方法，并用以測定普朗克常數(shù)。三、實驗儀器：光電效應測試儀、汞燈及電源、濾色片、光闌、光電管、測試儀四、實驗原理：1、光電效應與愛因斯坦方程用合適頻率的光照射在某些金屬表面上時，會有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象叫做光電效應，從金屬表面逸出的電子叫光電子。為了解釋光電效應現(xiàn)象，愛因斯坦提出了“光量子”的概念，認為對于頻率為的光波，每個光子的能量為，其中h=6.626為普朗克常數(shù)。按照愛因斯坦的理論，光電效應的實質(zhì)是當光子和電子相碰撞時，光子把全部能量傳遞給電子，電子所獲得的能量，一部分用來克服金屬表面對它的約束，其余的能量則成為該光電子逸出金屬表面后的動能。愛因斯坦提出了著名的光電方程：（1）式中，為入射光的頻率，為電子的質(zhì)量，為光電子逸出金屬表面的初速度，為被光線照射的金屬材料的逸出功，1/2mv2為從金屬逸出的光電子的最大初動能。由（1）式可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動能必然也越大，所以即使陰極不加電壓也會有光電子落入陽極而形成光電流，甚至陽極電位比陰極電位低時也會有光電子落到陽極，直至陽極電位低于某一數(shù)值時，所有光電子都不能到達陽極，光電流才為零。這個相對于陰極為負值的陽極電位被稱為光電效應的截止電壓。顯然，有eu0-1/2mv2=0（2）代入上式即有（3）由上式可知，若光電子能量h+W，則不能產(chǎn)生光電子。產(chǎn)生光電效應的最低頻率是0=W/h，通常稱為光電效應的截止頻率。不同材料有不同的逸出功，因而0也不同。由于光的強弱決定于光量子的數(shù)量，所以光電流與入射光的強度成正比。又因為一個電子只能吸收一個光子的能量，所以光電子獲得的能量與光強無關，只與光子的頻率成正比，，將（3）式改寫為上式表明,截止電壓是入射光頻率的線性函數(shù)，如圖2，當入射光的頻率=0時，截止電壓，沒有光電子逸出。圖中的直線的斜率k=h/e是一個正的常數(shù)：（5）由此可見，只要用實驗方法作出不同頻率下的U0-曲線，并求出此曲線的斜率，就可以通過式（5）求出普朗克常數(shù)。其中是電子的電量。光電效應的伏安特性曲線圖3是利用光電管進行光電效應實驗的原理圖。頻率為、強度為的光線照射到光電管陰極上，即有光電子從陰極逸出。如在陰極K和陽極A之間加正向電壓，它使K、A之間建立起的電場對從光電管陰極逸出的光電子起加速作用，隨著電壓的增加，到達陽極的光電子將逐漸增多。當正向電壓增加到時，光電流達到最大，不再增加，此時即稱為飽和狀態(tài)，對應的光電流即稱為飽和光電流。由于光電子從陰極表面逸出時具有一定的初速度，所以當兩極間電位差為零時，仍有光電流I存在，若在兩極間施加一反向電壓，光電流隨之減少；當反向電壓達到截止電壓時，光電流為零。圖4入射光頻率不同的I－U曲線圖5入射光強度不同的I－U曲線愛因斯坦方程是在同種金屬做陰極和陽極，且陽極很小的理想狀態(tài)下導出的。實際上做陰極的金屬逸出功比作陽極的金屬逸出功小，所以實驗中存在著如下問題：暗電流和本底電流。當光電管陰極沒有受到光線照射時也會產(chǎn)生電子流，稱為暗電流。它是由電子的熱運動和光電管管殼漏電等原因造成的。室內(nèi)各種漫反射光射入光電管造成的光電流稱為本底電流。暗電流和本底電流隨著K、A之間電壓大小變化而變化。陽極電流。制作光電管陰極時，陽極上也會被濺射有陰極材料，所以光入射到陽極上或由陰極反射到陽極上，陽極上也有光電子發(fā)射，就形成陽極電流。由于它們的存在，使得實際I～U曲線較理論曲線下移，如圖6。距離L(mm)300350400I(10-10A473022七、實驗小結(jié)（思考與討論）：注意事項微電流測量儀和汞燈的預熱時間必須長于20分鐘，連線時務必先接好地線，后接信號線。切勿讓電壓輸出端A與地短路，以免