實(shí)驗(yàn)報(bào)告-光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：材料124班實(shí)驗(yàn)時(shí)間：10時(shí)00分第十一周星期四座位號(hào)：28實(shí)驗(yàn)名稱：光電效應(yīng)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)深刻理解愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論，了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律；2、掌握用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)研究的方法；3、學(xué)習(xí)對(duì)光電管伏安特性曲線的處理方法，并用以測(cè)定普朗克常數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)儀器：光電效應(yīng)測(cè)試儀、汞燈及電源、濾色片、光闌、光電管、測(cè)試儀四、實(shí)驗(yàn)原理：1、光電效應(yīng)與愛(ài)因斯坦方程用合適頻率的光照射在某些金屬表面上時(shí)，會(huì)有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)，從金屬表面逸出的電子叫光電子。為了解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛(ài)因斯坦提出了“光量子”的概念，認(rèn)為對(duì)于頻率為的光波，每個(gè)光子的能量為，其中h=6.626為普朗克常數(shù)。按照愛(ài)因斯坦的理論，光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是當(dāng)光子和電子相碰撞時(shí)，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(lái)克服金屬表面對(duì)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(dòng)能。愛(ài)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(dòng)能。由（1）式可見(jiàn)，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能必然也越大，所以即使陰極不加電壓也會(huì)有光電子落入陽(yáng)極而形成光電流，甚至陽(yáng)極電位比陰極電位低時(shí)也會(huì)有光電子落到陽(yáng)極，直至陽(yáng)極電位低于某一數(shù)值時(shí)，所有光電子都不能到達(dá)陽(yáng)極，光電流才為零。這個(gè)相對(duì)于陰極為負(fù)值的陽(yáng)極電位被稱為光電效應(yīng)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(yīng)的最低頻率是0=W/h，通常稱為光電效應(yīng)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(qiáng)弱決定于光量子的數(shù)量，所以光電流與入射光的強(qiáng)度成正比。又因?yàn)橐粋€(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量，所以光電子獲得的能量與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，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(dāng)入射光的頻率=0時(shí)，截止電壓，沒(méi)有光電子逸出。圖中的直線的斜率k=h/e是一個(gè)正的常數(shù)：（5）由此可見(jiàn)，只要用實(shí)驗(yàn)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(guò)式（5）求出普朗克常數(shù)。其中是電子的電量。光電效應(yīng)的伏安特性曲線圖3是利用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的原理圖。頻率為、強(qiáng)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(yáng)極A之間加正向電壓，它使K、A之間建立起的電場(chǎng)對(duì)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(dá)陽(yáng)極的光電子將逐漸增多。當(dāng)正向電壓增加到時(shí)，光電流達(dá)到最大，不再增加，此時(shí)即稱為飽和狀態(tài)，對(duì)應(yīng)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(shí)具有一定的初速度，所以當(dāng)兩極間電位差為零時(shí)，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(dāng)反向電壓達(dá)到截止電壓時(shí)，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(qiáng)度不同的I－U曲線愛(ài)因斯坦方程是在同種金屬做陰極和陽(yáng)極，且陽(yáng)極很小的理想狀態(tài)下導(dǎo)出的。實(shí)際上做陰極的金屬逸出功比作陽(yáng)極的金屬逸出功小，所以實(shí)驗(yàn)中存在著如下問(wèn)題：暗電流和本底電流。當(dāng)光電管陰極沒(méi)有受到光線照射時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電子流，稱為暗電流。它是由電子的熱運(yùn)動(dòng)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(yáng)極電流。制作光電管陰極時(shí)，陽(yáng)極上也會(huì)被濺射有陰極材料，所以光入射到陽(yáng)極上或由陰極反射到陽(yáng)極上，陽(yáng)極上也有光電子發(fā)射，就形成陽(yáng)極電流。由于它們的存在，使得實(shí)際I～U曲線較理論曲線下移，如圖6。距離L(mm)300350400I(10-10A473022七、實(shí)驗(yàn)小結(jié)（思考與討論）：注意事項(xiàng)微電流測(cè)量?jī)x和汞燈的預(yù)熱時(shí)間必須長(zhǎng)于20分鐘，連線時(shí)務(wù)必先接好地線，后接信號(hào)線。切勿讓電壓輸出端A與地短路，以免