5.2用光电效应测普朗克常量.ppt

本学期实验项目 5 2光电效应测普朗克常数303教室5 4金属电子逸出功303教室4 10霍尔效应测磁场305教室5 3密立根油滴实验305教室4 12利用等厚干涉测量透镜的曲率半径306教室4 15迈克尔逊干涉仪306教室 5 2用光电效应测普朗克常量 P135 139 北京工商大学物理实验室 实验原理 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 光电效应存在一个截止频率v0 当入射光的频率vv0 无论光强如何 都会立即引起光电子发射 对于这些实验事实 经典的波动理论无法给出圆满的解释 1 光电效应的实验规律 一 光电效应 1 光电子的初动能应决定于入射光的光强 而不决定于光的频率 2 无法解释红限的存在 3 无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累 经典物理认为 光是一种电磁波 产生光电效应的原因 电磁波的振动 导致电子振动产生的 2 经典电磁波理论的困难 爱因斯坦受普朗克量子假设的启发 提出了光量子假设 得到了光电效应方程 即 爱因斯坦方程 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 3 爱因斯坦光量子理论 二爱因斯坦光电效应方程 1 光量子 假设 2 光子能量 光具有粒子性 3 光强 1 光可看成是由光子组成的粒子流 N 单位时间通过单位面积的光子个数 h 普朗克常数 v 光子频率 2 爱因斯坦光子理论对光电效应的解释 爱因斯坦认为 光电效应是电子吸收光子能量产生的 1 电子一旦吸收了一个光子的能量 就可以立刻从金属表面逸出 所以无须时间累积 2 光强大 光子数多 释放的光电子也多 所以饱和光电流也大 3 从方程可以看出光电子初动能和照射光频率成线性关系 红限频率 产生光电效应的条件 三 存在遏止电压U0 反向电压 光电子的最大初动能 普朗克常数的测量 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U0 就可作出U0 v的实验直线 此直线的斜率就是k h e 则普朗克常数 截止电压U0与入射光频率v成直线关系 实验仪器 1汞灯电源2汞灯3滤色片4光阑5光电管6基座7实验仪 实验内容 一 测普朗克常数 1 电压选择按键置于 2V 2V档 将 电流量程 选择开关置于10 13A档 2 测试仪电流输入电缆断开 调零后重新接上 3 将直径4mm的光阑及365 0nm的滤色片装在光电管暗盒光输入口上 4 从低到高调节电压 测量该波长对应的U0 零电流法 或 补偿法 5 换上404 7nm 435 8nm 546 1nm 577 0nm的滤色片 重复1 4 二 测光电管的伏安特性曲线 1 将电压选择按键置于 2V 30V档 电流量程 置于10 11A档 2 测试仪电流输入电缆断开 调零后重新接上 3 将2mm的光阑及435 8nm的滤色片装在光电管暗盒光输入口上 从低到高调节电压 改变电压记录相应的光电流数值到表5 2 3中 4 换上直径4mm的光阑及546 1nm的滤色片 重复以上测量 数据处理 表1 U0 v关系数据记录表 作图法求斜率 由斜率求普朗克常数 表2 UAK I关系数据记录表 在图中分别做出435 8nm和546 1nm伏安特性曲线 拓展应用 光照射在物体上可以看成是一连串的具有一定能量的光子轰击这些物体的表面 光子与物体之间的联接体是电子 所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应 光电效应可分成外光电效应和内光电效应两类 一 外光电效应 Externalphotoelectriceffect 在光的照射下 使电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应 外光电效应从光开始照射至金属释放电子几乎在瞬间发生 所需时间不超过10 9S 基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管 二 内光电效应 Internalphotoelectriceffect 内光电效应按其工作原理可分为两种 光电导效应和光生伏特效应 1 光电导效应半导体受到光照时会产生光生电子 空穴对 electron holepairs 使导电性能增强 光线愈强 阻值愈低 这种光照后电阻率变化的现象称为光电导效应 基于这种效应的光电器件有光敏电阻和反向偏置工作的光敏二极管与三极管 2 光生伏特效应光生伏特效应是光照引起PN结两端产生电动势的效应 由于它可以像电池那样为外电路提供能量 因此常称为光电池 光敏电阻的工作原理 光电效应和普朗克常数的测量 A 爱因斯坦 M 普朗克 背景资料 1918年 因发现量子论而获得诺贝尔奖 1921年度的诺贝尔物理奖 光电效应现象 1887年德国物理学家H R 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 赫兹的论文 紫外光对放电的影响 发表在1887年 物理学年鉴 上 论文详细描述了他的发现 赫兹的论文发表后 立即引起了广泛的反响 许多物理学家纷纷对此现象进行了研究 用紫外光或波长更短的X光照射一些金属 都观察到金属表面有电子逸出的现象 称之为光电效应 对于光电效应的实验规律 经典的波动理论无法给出圆满的解释 1905年爱因斯坦受普朗克量子假设的启发 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 hv h为普朗克常数 v为光的频率 根据光量子假说 爱因斯坦给出了著名的光电效应方程 并成功地解释了光电效应的各条实验规律 然而 爱因斯坦的光量子假说和光电效应方程并没有立即得到人们的承认 原因是经典的电磁理论的传统观念束缚了人们的思想 同时这个假说未获得全面的验证 背景资料 1912 1915年间 密立根以卓越的研究方法和精湛的实验技术 检验了爱因斯坦1905年提出的光电效应公式 于1916年发表论文证实了爱因斯坦方程的正确性 并直接运用光电方法对普朗克常数h作了首次测量 1922年 康普顿发现了 康