《光电效应实验薛》PPT课件.ppt

光电效应实验,郑州大学物理实验中心 薛新莲,当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应，所产生的电子称为光电子。 1887年赫兹发现了光电效应。,背景介绍,通过对实验现象的观测和分析，了解光电效应的规律和光的量子性。 观测光电管的弱电流特性，找出不同光频率下的截止电压。 了解光的量子性理论与波动理论，并验证爱因斯坦方程进而求出普朗克常数。,实验目的,光电效应实验原理图,光线照在光电管阴极K上（如右图所示），便有电子逸出-光电子，光电子在电场作用下形成光电流，并且光照越强，光电流越大。在阴极K与阳极A之间加反向电场，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用 。,实验原理,光电效应的实验规律,饱和光电流与入射光强成正比；(频率相同） 光电效应存在一个截止频率0 ，当入射光的频率 0 时，不论光的强度如何都没有光电子产生； 光电子的初动能与光强无关，而与入射光的频率成正比； 只要 0 ，无论光强如何，都会立即引起光电子发射。,光子- 爱因斯坦方程,光子的能量为,（1） “光量子”假设：,爱因斯坦受普朗克量子假设的启发，提出了光量子假设。 （2） 解释实验,对同一种金属，W 一定 ，EK 与光强无关 爱因斯坦光量子理论圆满地解释了光电效应的各条实验规律。,逸出功与材料有关,当光子照射金属时，金属中的电子全部吸收光子的能量hv， 电子把光子能量的一部分变成它逸出金属表面所需的功W， 另一部分转化为光电子的动能,截止电压、截止频率,当 K、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 Us 时，光电流恰为0。 Us称反向截止电压。光电子动能转换成电势能。 截止电压的大小反映光电子初动能的大小。,根据爱因斯坦方程， 只有当 hW 才会有光电子发射， 即截止频率为0 =W/h （0值随金属种类不同而不同）。,实验中可用不同频率的入射光照射，分别找到相应的遏止电压Us，就可作出Us- 的实验直线，此直线的斜率就是 。另外该直线与坐标横轴的交点，又可以求出光电阴极的截止频率 0 。,由爱因斯坦方程及截止频率截止电压 定义式可得出的Us与入射光频率成直 线关系。,实际测量的光电管伏安特性曲线如下图所示。这是由于在实验进行时，光电管中还伴有三个现象，反向电流、暗电流和本底电流。曲线的下部转变为直线，转变点B(抬头点)对应的外加电压值才是截止电压。,GGQ50WHg高压汞灯,GDh1型光电管,THQPC1型微电流测试仪,实验仪器,实验步骤,按照光源、光电管暗盒和微电流测试仪的顺序将仪器安放在适当位置。将测定仪的“电流输入”端和“电压输出”端用屏蔽线与光电管暗盒上的“K”和“A”端连接。 将光源上出光孔和暗盒上入光孔分别用挡光盖盖上，电源开关打开，让汞灯预热5分钟以上，然后再打开微电流测试仪电源开关预热20-30分钟。 充分预热后，先调整零点，后校正满度（即100微安），测量放大器“倍率”旋钮置10-11档。 让光源出光孔与暗盒入光孔水平对准，二者间距取35-45cm并选用直径为5mm,10mm,20mm中的任意一个孔光栅。先选择短波通光片，电流测试仪上输出电压调为5V调起，缓慢增加先观察一遍不同滤色片下的电流变化情况，记下电流明显变化的电压值以便精确测量。 在粗测的基础上进行精确测量记录。由短波到长波逐次换上五种不同波长的通光片，这样可记5组IU值，注意测量点应合理分配。并记录入表格，读数时在电流开始变化的地方多读几个值。较为准确地找出抬头点。,数据处理,一、根据测量数据作出5种不同频率的照射光所对应 的IU伏安特性曲线，由此确定5种不同频率的照射光所对应截止电压值。,参