光电效应实验

1、物理实验中心物理实验中心大学物理实验光电效应及普朗克常量的测定主讲：巫志玉物理实验中心物理实验中心历史背景：1 1、18871887年，年，赫兹赫兹在实验中观察到了光电效应现象在实验中观察到了光电效应现象2 2、19001900年，年，普朗克普朗克提出了量子假说提出了量子假说3 3、19051905年，年，爱因斯坦爱因斯坦提出了光子假说提出了光子假说4 4、19161916年，年，密立根密立根证实了爱因斯坦的光电效应方程证实了爱因斯坦的光电效应方程普朗克普朗克康普顿康普顿赫兹赫兹爱因斯坦爱因斯坦密立根密立根5 5、19221922年，年，康普顿康普顿发现了康普顿效应发现了康普顿效应 加深对光的

2、本性的认识过程加深对光的本性的认识过程微粒说微粒说( (牛顿牛顿) ) 波动说波动说( (惠更斯惠更斯) ) 电磁说电磁说( (麦克斯韦麦克斯韦) ) 加深对量子学说认识的历史发展过程加深对量子学说认识的历史发展过程物理实验中心物理实验中心太阳能飞机太阳能飞机烟雾报警器烟雾报警器颜色检测器颜色检测器光电自动门光电自动门转速测定转速测定有声电影机有声电影机物理实验中心物理实验中心一、实验目的1 1、了解光电效应的基本规律、了解光电效应的基本规律 2 2、测定光电管的伏安特性曲线、测定光电管的伏安特性曲线掌握用作图法测定普朗克常数的方法掌握用作图法测定普朗克常数的方法 物理实验中心物理实验中心二、

3、仪器用具FB807AFB807A型光电效应型光电效应( (普朗克常数普朗克常数) )测定仪测定仪物理实验中心物理实验中心三、实验原理1 1、光电效应、光电效应当光照射到某些金属表面上时，会有电子当光照射到某些金属表面上时，会有电子 从金属表面即刻逸出的现象从金属表面即刻逸出的现象 光电效应光电效应外光电效应外光电效应内光电效应内光电效应光电导效应光电导效应光生伏特效应光生伏特效应物理实验中心物理实验中心光电效应的基本规律光电效应的基本规律 (1)(1)、仅当光频高于某一阈值、仅当光频高于某一阈值( (截止频率截止频率) )时，才能时，才能 从金属表面打出光电子从金属表面打出光电子 (2)(2)

4、、单个光电子的动能随光频提高而增大，与入、单个光电子的动能随光频提高而增大，与入 射光强无关射光强无关 (3)(3)、光电流仅与光强有关且成正比，与光频无关、光电流仅与光强有关且成正比，与光频无关 (4)(4)、光电效应是瞬时效应，电子吸收光能几乎不、光电效应是瞬时效应，电子吸收光能几乎不 需要积累时间需要积累时间 物理实验中心物理实验中心2 2、爱因斯坦光电效应方程、爱因斯坦光电效应方程 爱因斯坦认为从一点发出的光不是按麦克斯韦电爱因斯坦认为从一点发出的光不是按麦克斯韦电磁学说指出的那样以连续分布的形式把能量传播到空间，而是频磁学说指出的那样以连续分布的形式把能量传播到空间，而是频率为率为的

5、光以的光以hh为能量单位为能量单位( (光量子光量子) ) 的粒子形式地向外辐射。的粒子形式地向外辐射。 至于光电效应，光是以光粒子的形式打在金属的表面，至于光电效应，光是以光粒子的形式打在金属的表面，金属金属中的电子要么不吸收能量，要么就吸收一个光子的全部能量中的电子要么不吸收能量，要么就吸收一个光子的全部能量，而而无需积累能量的时间；只有当这能量大于电子摆脱金属表面约束无需积累能量的时间；只有当这能量大于电子摆脱金属表面约束所需的逸出功所需的逸出功WWS S时，电子才会以一定的初动能逸出金属表面。时，电子才会以一定的初动能逸出金属表面。 其中：其中：h为普朗克常数为普朗克常数(公认值公认值

6、h0=6.6261910-34JS)为入射光的频率为入射光的频率m为电子的质量为电子的质量v为光电子逸出金属表面时的初速度为光电子逸出金属表面时的初速度WS为金属材料的逸出功为金属材料的逸出功212ShmVW物理实验中心物理实验中心212SmVeUSShveUWSSWhUee3 3、密立根实验、密立根实验212ShmVWhKe截止电压截止电压U US S当光电管当光电管AKAK之间加上反向电场使光电流为之间加上反向电场使光电流为0 0时的电压时的电压AK物理实验中心物理实验中心4 4、光电管的伏安特性曲线、光电管的伏安特性曲线光电管理想伏安特性曲线光电管理想伏安特性曲线光电管实测伏安特性曲线光

7、电管实测伏安特性曲线光电流包含：光电流包含：(1)(1)暗电流暗电流：主要由热电子发射与管壳漏电造成：主要由热电子发射与管壳漏电造成(2)(2)本底电流本底电流：主要由杂散光射入光电管造成：主要由杂散光射入光电管造成(3)(3)反向电流反向电流：主要由材料污染阳极造成：主要由材料污染阳极造成光电管理想伏安特性曲线光电管理想伏安特性曲线光电管实测伏安特性曲线光电管实测伏安特性曲线物理实验中心物理实验中心5 5、普朗克常数的测定、普朗克常数的测定作出光电管的光谱特性曲线作出光电管的光谱特性曲线U US S，应为，应为一条直线，求出该直线的斜率一条直线，求出该直线的斜率k k，则普朗，则普朗克常数克

8、常数h=keh=ke，并算出测量值与公认值之间，并算出测量值与公认值之间的相对误差。的相对误差。 SSWhUee00100%hhEh物理实验中心物理实验中心四、实验内容1 1、测绘光电管的光谱特性曲线、测绘光电管的光谱特性曲线U US S的关系的关系2 2、测绘光电管的伏安特性曲线、测绘光电管的伏安特性曲线IUIU的关系的关系物理实验中心物理实验中心五、数据记录表格波长i(nm)365.0(紫外线) 404.7(紫光) 435.8(蓝光) 546.1(绿光) 577.0(黄光)频率i(1014HZ)8.2147.4086.8795.4905.196截止电压US(V)备 注入射距离L=400mm

9、，光栏孔=4mm，电流档位10-13A 1 1、测绘光电管的光谱特性曲线、测绘光电管的光谱特性曲线U US S数据记录表数据记录表2 2、测定光电管的伏安特性曲线、测定光电管的伏安特性曲线I I U U数据记录表数据记录表(nm)UAK(V)-2.0-1.00.01.024.025.026.027.0365.0I(10-10A)404.7I(10-10A)435.8I(10-10A)546.1I(10-10A)577.0I(10-10A)备 注入射距离L=400mm，光栏孔=4mm物理实验中心物理实验中心物理实验中心物理实验中心六、实验步骤2 2、预热：、预热：打开汞灯与主机电源开关，对汞灯及

10、主机进行预热打开汞灯与主机电源开关，对汞灯及主机进行预热4 4、择压：、择压：选择电压量程选择电压量程( (测截止电压时把测截止电压时把“电源转换电源转换”按钮按下；按钮按下；测伏安特性时把测伏安特性时把“电源转换电源转换”按钮松开按钮松开) )3 3、挡光：、挡光：把滤色片调到把滤色片调到0 0挡光位，用遮光盖盖住滤色片及汞灯的发挡光位，用遮光盖盖住滤色片及汞灯的发光孔，再把光栏调到光孔，再把光栏调到4mm4mm，光的入射距离调到，光的入射距离调到400mm400mm1、接线接线：用专用电流信号线与导线把主机与光电管联接好用专用电流信号线与导线把主机与光电管联接好5 5、选程：、选程：选择电

11、流量程选择电流量程( (测截止电压时把测截止电压时把“电流量程电流量程”旋钮调到旋钮调到1010-13-13档位；测伏安特性时把档位；测伏安特性时把“电流量程电流量程”旋钮调到旋钮调到1010-10-10档位档位) )物理实验中心物理实验中心166、调零调零：调整调整“电压粗调电压粗调”与与“电压细调电压细调”旋钮，使电压表显示旋钮，使电压表显示0 0，再调整再调整“调零调零”旋钮，使电流表显示旋钮，使电流表显示0 07、测量测量：取下汞灯与滤色片的遮光盖，旋转滤色片到相应波长并测量。取下汞灯与滤色片的遮光盖，旋转滤色片到相应波长并测量。 ( (测截止电压时，调整测截止电压时，调整“电压调节旋

12、钮电压调节旋钮”使电流表显示为使电流表显示为0 0，并记录截止电并记录截止电 压；测伏安特性时，调整压；测伏安特性时，调整“电压调节旋钮电压调节旋钮”到到相应电压，并记录光电流相应电压，并记录光电流) )8、归仪归仪：( (关闭汞灯及主机电源，拆除联接导线，把滤色片调到关闭汞灯及主机电源，拆除联接导线，把滤色片调到0 0挡挡光位，盖上滤色片及汞灯的遮光盖，整理好实验仪器光位，盖上滤色片及汞灯的遮光盖，整理好实验仪器) )六、实验步骤物理实验中心物理实验中心七、注意事项3 3、实验结束时应盖上光电管暗盒和汞灯的遮光盖、实验结束时应盖上光电管暗盒和汞灯的遮光盖 2 2、实验时避免背景光的强烈变化、实验时避免背景光的强烈变化 1 1、操作过程中随时把滤色片转盘放到、操作过程中随时把滤色片转盘放到0 0挡光位挡光位物理实验中心物理实验中心八、思考题1 1、光电效应有哪些规律？爱因斯坦光电效应、光电效应有哪些规律？爱