光电效应实验报告

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1、1，实验目的：1．了解光电效应的基本规律，并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。2．通过对五种不同频率的反向截止电压的测定，由直线图形，求出“红限”频率。实验原理图1光电管的起始I—V特性22，实验要求：1．学习测定普朗克常量的一种实验方法；2．学习用滤色片获得单色光的方法；3．学习用实验研究验证理论的方法，加深光电效应对光量子理论的理解3，实验原理1.    光电效应与爱因斯坦方程用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”

2、的概念，认为对于频率为的光波，每个光子的能量为式中，为普朗克常数，它的公认值是=6.626。  按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。爱因斯坦提出了著名的光电方程：                         （1）式中，为入射光的频率，为电子的质量，为光电子逸出金属表面的初速度，为被光线照射的金属材料的逸出功，为从金属逸出的光电子的最大初动能。由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，

3、所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位被称为光电效应的截止电压。  显然，有                     （2）代入（1）式，即有                       （3）由上式可知，若光电子能量，则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功，因而也不同。由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一个电

4、子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子的频率成正比，，将（3）式改写为                 （4）上式表明，截止电压是入射光频率的线性函数，如图2，当入射光的频率时，截止电压，没有光电子逸出。图中的直线的斜率是一个正的常数：                          （5）由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的曲线，并求出此曲线的斜率，就可以通过式（5）求出普朗克常数。其中是电子的电量。图2U—V直线2.  光电效应的伏安特性曲线图3是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为、强度为的光线照射到光电管阴极上，

5、即有光电子从阴极逸出。如在阴极K和阳极A之间加正向电压，它使K、A之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，随着电压的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压增加到时，光电流达到最大，不再增加，此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流。观点效应原理图由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少；当反向电压达到截止电压时，光电流为零。入射频率不同的I—U曲线入射强度不同的I-U曲线爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做

6、阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，所以实验中存在着如下问题：（1）      暗电流和本底电流。当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流，称为暗电流。它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。室内各种漫反射光射入光电管造成的光电流称为本底电流。暗电流和本底电流随着K、A之间电压大小变化而变化。（2）      阳极电流。制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。由于它们的存在，使得I～U曲线较理论曲线下移，如图6所示。伏安特性曲线三、实验过程（实验步骤、注意事项和

7、数据分析）一，实验步骤1．测试前准备（1）首先了解GY－ⅢA型光电效应测试仪中的使用方法和注意事项。（2）放置好仪器，用光窗盖分别盖住光电暗盒的光窗口和光源光窗口。接通光源的电源开关，并预热20—30分钟。（3）将微电流测试仪与光电管暗盒之间的导线连接好，调节光源光窗口与光电管暗盒光窗口等高，间距为30cm为宜。2．测试（1）旋转滤色片转盘，选择透射波长为365的滤色片。用“电压调节”旋钮将电压为－2V缓慢升高到＋20V，记录相应的电流值。测量点至少应该有20个，尤其在－2V至0V间电流开始变化区间细测一下，多记几个点，并仔细找到电流为0时所对应的电压值，将记

8、录数据记入表二。（2）依次选择405、