光电效应---普朗克常量的测量.ppt

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1、光电效应实验---普朗克常量的测量刘金环前言人类对光的本性的认识，到麦克斯韦提出光是一种电磁波，光的波动说似乎已完美无缺了。然而，就是在证实电磁波存在的过程中，人们发现了光具有粒子性的重大事实，这就是光电效应现象。光电效应在量子理论的发展中有着特殊的意义。光电效应最先由赫兹发现；他的学生勒纳德对光电效应的研究卓有成效并获1905年诺贝尔物理学奖；爱因斯坦提出光子论从理论上成功解决了光电效应面临的难题并因此获1921年诺贝尔物理学奖；美国物理学家密立根通过精确实验证实了爱因斯坦的理论，并获1923年诺贝尔物理学奖。1.赫兹意外发现光电效应1885年，赫兹用如图1所示的装置来

2、证实电磁波的存在。电磁波发生器是在两根铜棒上各焊接一个磨光的黄铜球，另一端各连接一块正方形锌板，它们共轴放置，两球间留有一空隙，它们相当于一个电容器，与感应圈连接，构成了LC电路。感应圈使两黄铜球聚集大量电荷，从而在空隙间产生电火花，形成高频振荡电流，辐射高频电磁波。与这个回路相距一定距离有电磁波接收器，是用一根粗铜导线弯成一开口的圆环，开口端各焊一黄铜球，之间有可作微调的空隙，这个接收器实际上也是一个LC电路。调节间隙改变接收电路的固有频率可与发射过来的电磁波产生共振，从而在接收器的空隙间观察到电火花。利用电火花实验装置，赫兹测量了电磁波速、进行了研究电磁波的反射、聚焦

3、、折射、衍射、干涉、偏振等各种波现象的实验。大量反复地实验不但证实了麦克斯韦电磁波理论，同时意外地发现了表明光具有粒子性的一个重要现象：当发射器间隙的火光被阻隔时，原来接收间隙的火花变暗，而用其他任何火花的光照射到接收器铜球，也能促使间隙发生电火花。进一步研究发现这一现象中直接起作用的是火光中的紫外线，当火花的光照到间隙的负极时，作用最强，这种情况下接收器间隙发生的电火花实际上是紫外线的照射使一极铜球上飞出电子到另一极铜球所形成，赫兹称之为“紫外光对放电现象的效应”，也就是光电效应。2、勒纳德研究光电效应现象的规律赫兹的发现吸引了许多人去深入研究光电效应成因与规律，其中德

4、国物理学家、赫兹的助手勒纳德的研究卓有成效。勒纳德研究光电效应规律的实验装置如图所示。当入射光照射到光洁的金属阴极K表面，就有光电子发射出来，若有光电子到达阳极A，电路中就有电流，所以可通过电流计了解用各种光照射阴极K以及对两极加不同电压时的光电流，从中摸索规律。光电效应现象的实验规律：1．对各种金属都存在着极限频率和极限波长，低于极限频率的任何入射光强度再大、照射时间再长都不会发生光电效应。2．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。3．只要入射光频率高于金属的极限频率，照到金属表面时光电子的发射几乎是瞬时的，不超过10-9s。4．发生光电效应

5、时，光电流的强度与入射光的强度成正比。3、爱因斯坦提出光子论圆满解释光电效应1905年，爱因斯坦用突破性的量子化思想对光电效应做出了现在为科学界普遍接受的解释。在空间传播的光（的能量）不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，一份光子的能量E＝hv。在上个世纪初，科学家们对量子化的物理还极不适应，爱因斯坦的独创性、物理洞察力和对简洁解释的追求使他在忙碌的1905年发表了相对论，成功解释了光电效应，建树起近代物理学研究的两座丰碑。4、密立根精确实验证实光电效应方程爱因斯坦的光子假设与光电方程，要为人们认同还没有理论基础──当时对这一假说的怀疑超过了狭义相对

6、论，甚至包括普朗克本人也持反对态度。许多物理学家都想方设法用实验测量普朗克恒量h，以求验证光电效应方程。一直对光子假设持有保留态度的美国物理学家密立根，设计了高精确度的实验装置，经过十年的试验，不断解决一些技术难点，终于验证了光电方程的直线性，并测出普朗克恒量h＝6.56×10-34J·S。在事实面前，密立根服从真理，宣布爱因斯坦光子假说得到证实。光电效应的科学之光经众多物理学家前赴后继，三十年努力求索，在物理学史上成为绚丽夺目的篇章!光电效应光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化。这类光致电变的现象统称为光电效应。人们把由于光照射到固体表面而从表面发射出电子的现象

7、称为外光电效应。有些物质被光照射时无电子发射，但电导率发生变化或产生电动势，这类现象称为内光电效应。光电发射器件:当辐射光能量作用于器件中的光敏材料上时，电子逸出光敏材料表面产生光电子并使发射的电子进入真空或气体中，形成光电流，这种基于外光电效应的光电器件成为光电发射器件。例如光电倍增管，光电管等。半导体光电器件:当辐射能作用于器件中的光敏材料时，所产生的光电子通常不脱离光敏材料,而是依靠吸收光子后在其内部激发出导电的载流子，这种基于内光电效应的器件称为半导体光电器件。具有一定频率的辐射光照射密封在抽成真空的玻璃管中的光电阴极