光电效应法测普朗克常数实验.doc

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1、光电效应测定普朗克常数1887年德国物理学家赫兹发现,电火花间隙受到紫外线照射时会产生更强的电火花，此即光电效应。1902年勒纳德等人对光电效应做了深入研究并总结出了光电效应的基本实验规律，但是这些规律无法用光的波动理论解释。1900年普朗克在研究黑体辐射时，首次提出了能量子假说，即辐射只能是hn的整数倍。1905年爱因斯坦把普朗克能量子假设启，提出了光量子假说，即一束光是一粒一粒以光速c运动的粒子流，这些粒子称为光子，光子的能量为E＝hn。根据光量子假说，爱因斯坦导出了光电效应方程，并成功地解释了光电效应的实验规律。19

2、16年密立根以精湛的实验技术检验了爱因斯坦的光电效应方程，并对普朗克常数h作了首次精确测定。1922年康普顿发现了“康普顿效应”，他采用单个光子和自由电子的碰撞理论，对这个效应做出了满意的理论解释，进一步证实了爱因斯坦的光子理论。光电效应实验在证实光的量子性方面起着决定性的作用，与此密切相关的研究5次获得诺贝尔奖。光电效应分为外光电效应和内光电效应。利用外光电效应制成的光电器件如光电管、光电池、光电倍增管等已广泛应用于生产科研和日常生活中，如摄影，电视，光控路灯，数码相机；利用内光电效应（光电导效应和光生伏打效应）的光敏电

3、阻、光电二极管和光电三极管、场效应光电管、雪崩光电二极管、电荷耦合器件等半导体光敏元件制成的光电式传感器已应用到纺织、造纸、印刷、医疗、环境保护等领域，在红外探测、辐射测量、光纤通信，自动控制等传统应用领域的研究也有新发展。【实验目的】1.测定光电效应的伏安特性曲线，加深对光的量子性的认识和理解；2.学习验证爱因斯坦光电方程的实验方法，并测定普朗克常数。【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

4、，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为的光波，每个光子的能量为，其中h=6.626为普朗克常数。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，n为入射光的频率，为电子的质量，u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

5、，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h..+n

6、量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子的频率n成正比，，将（3）式改写为（4）上式表明，截止电压是入射光频率n的线性函数，如图2，当入射光的频率n=n0时，截止电压，没有光电子逸出。图中的直线的斜率k=h/e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U0-n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2U0-n直线图3光电效应原理图1.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n、强度为的光线照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出。

7、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。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。图4入射光频率不同的I－U曲线图5入射光强度不同的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

8、出的。实际上做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