光电效应实验ppt课件

1、制造：周嘉萍制造：周嘉萍一一. .实验原理实验原理二二. .爱因斯坦的解释爱因斯坦的解释三三. .实验仪器实验仪器四四. .实验思索题实验思索题五五. .实验内容实验内容六六. .本卷须知本卷须知七七. .数据处置数据处置一一. .实验原理实验原理 在光的照射下，电子从金属外表逸出的景象，叫在光的照射下，电子从金属外表逸出的景象，叫光电效应。光电效应。VGAK+RE+光电效应实验原理图光电效应实验原理图ImIo0UAKU某一频率下某一频率下, ,某一光强时某一光强时光电管的伏安特性曲线光电管的伏安特性曲线1. 1. 实验规律实验规律 2 2截止电压截止电压U0 U0 与入射光频率具有线性关系。

2、与入射光频率具有线性关系。0U01 1仅当仅当nn0nn0截止频率时才发生光电效应，截截止频率时才发生光电效应，截止频率与资料有关，但与入射光强无关。止频率与资料有关，但与入射光强无关。U0 n 曲线曲线(3)(3)在同一频率下，饱和光电流强度在同一频率下，饱和光电流强度Im Im 正比于正比于入射光强入射光强P P。(4)(4)光电效应是瞬时效应。当光照射到金属外表时，几光电效应是瞬时效应。当光照射到金属外表时，几 乎立刻就有光电子逸出。乎立刻就有光电子逸出。1P2PIm1Im2Io0UAKU12PP 同一频率同一频率, ,不同入射光强时不同入射光强时I IUAKUAK曲曲线线二二. . 爱

3、因斯坦对光电效应的解释爱因斯坦对光电效应的解释(1905(1905年：年： 光束由光子构成，频率为光束由光子构成，频率为n n的光束，光子的光束，光子能量为能量为e = hn.e = hn. 当光子照到金属外表时，其能量一次为金当光子照到金属外表时，其能量一次为金属中的电子全属中的电子全部吸收，而不需积累能量的时间。部吸收，而不需积累能量的时间。 电子把这能量的一部分用来抑制金属外表电子把这能量的一部分用来抑制金属外表对它的吸引力对它的吸引力而作功，余下的就成为电子分开金属外表后的而作功，余下的就成为电子分开金属外表后的动能。动能。爱因斯坦的光电效应方程：爱因斯坦的光电效应方程：Wmvh202

4、1金属的逸出功金属的逸出功1 1当当hn0 W hn0n0 = W/hnn0 = W/h截止频率时才发生光截止频率时才发生光电效应。电效应。(2) 即截止电压即截止电压U0 U0 与入射光频率与入射光频率n n 成线性关系。成线性关系。 由实验可确定该直线的斜率，从而算出普朗克常数由实验可确定该直线的斜率，从而算出普朗克常数h h。eWehU020021mveUWmvh2021( (由实验得由实验得) )3 3当频率一定时，入射光强当频率一定时，入射光强 P P 越大，光子数目越多，越大，光子数目越多，那么单位时间内产生光电子数目越多，饱和光电流强度那么单位时间内产生光电子数目越多，饱和光电流

5、强度就越大。即在同一频率下，饱和光电流强度就越大。即在同一频率下，饱和光电流强度Im Im 正比于入正比于入射光强射光强P P。4 4当光子入射金属外表时，一个光子携带的能量当光子入射金属外表时，一个光子携带的能量 hn hn 一次一次为一个电子全部吸收，假设为一个电子全部吸收，假设 nn0 nn0 ，电子立刻逸出而不需时，电子立刻逸出而不需时间积累。即光电效应具有瞬时性。间积累。即光电效应具有瞬时性。三三. .实验仪器实验仪器汞灯电源汞灯电源高压汞灯高压汞灯光电管和暗箱光电管和暗箱测试仪测试仪光阑光阑滤光片滤光片“电压选择按键电压选择按键“电流量程选择旋钮电流量程选择旋钮“电流调零旋电流调零

6、旋钮钮“电压调理旋电压调理旋钮钮滤光片滤光片光阑光阑汞灯遮光盖汞灯遮光盖光电管暗箱遮光盖光电管暗箱遮光盖四四. . 思索题思索题当加在光电管两端的电压为零时，光电流不为零，当加在光电管两端的电压为零时，光电流不为零， 这是为什么？这是为什么？2. 2. 光电管普通都用逸出功小的金属做阴极，用逸出光电管普通都用逸出功小的金属做阴极，用逸出功大的金属做阳极，为什么？功大的金属做阳极，为什么？3.3.实验时能否将滤光片放在光源的出光孔上？为什实验时能否将滤光片放在光源的出光孔上？为什么？么？五五. .实验内容实验内容1. 1. 测试前预备测试前预备: : 盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光电管与汞灯

7、间盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光电管与汞灯间隔调隔调 整并坚持在整并坚持在400mm400mm，接通测试仪及汞灯电源，预热，接通测试仪及汞灯电源，预热约约15min15min。 留意：汞灯一旦开启，不要随意封锁留意：汞灯一旦开启，不要随意封锁测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，“电压电压选选 择择 在在2V +2V2V +2V档，档，“电流量程选择在电流量程选择在101013A13A档，旋转档，旋转“电电 流流 调零调零 旋钮使旋钮使“电流表指示为零。电流表指示为零。 留意：每次互换留意：每次互换“电流量程，都应重新调零电流量程，都应重新调零

8、) )(3) (3) 调整光路：先取下光电管暗箱遮光盖，将直径为调整光路：先取下光电管暗箱遮光盖，将直径为2mm2mm的光的光 阑及波长为阑及波长为365.0nm365.0nm的滤光片插在光电管入射窗孔前，再取的滤光片插在光电管入射窗孔前，再取 下汞灯的遮光盖，使汞灯的出射光对准光电管入射窗孔。下汞灯的遮光盖，使汞灯的出射光对准光电管入射窗孔。 留意：严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管留意：严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管2. 2. 用零电流法测定用零电流法测定h h 将将“电压选择按键置于电压选择按键置于2V +2V2V +2V档，档，“电流量电流量程选择在程选择在101013A13A

9、档并重新调零。将直径为档并重新调零。将直径为2mm2mm的光的光阑及波长为阑及波长为365.0nm365.0nm的滤光片插在光电管入射窗孔前，调理电压的滤光片插在光电管入射窗孔前，调理电压UAKUAK，使得，使得光电流光电流I I为零，此时测试仪中显示的电压值即可以为是该入射为零，此时测试仪中显示的电压值即可以为是该入射光频率光频率对应的截止电压。反复丈量四次，填入表对应的截止电压。反复丈量四次，填入表31311 1中。中。 依次依次 改换其他四个滤光片留意：一定要先盖上改换其他四个滤光片留意：一定要先盖上汞灯的遮光盖再改换滤光片，测出各自对应的截止汞灯的遮光盖再改换滤光片，测出各自对应的截止

10、电压。电压。表311 光阑孔f =2mm 波长波长l l (nm) 365.0404.7435.8546.1577.08.2147.4076.8795.4905.196截止电压截止电压1234 平均值平均值Hz)10 14（频率)V(0U关系 0U3. 3. 测光电管的伏安特性曲线测光电管的伏安特性曲线(I(IUAKUAK曲线曲线) ) 将将“电压选择按键置于电压选择按键置于2V +30V2V +30V档，将档，将“电流电流量程选择开关置于量程选择开关置于101013A13A并重新调零，将直径为并重新调零，将直径为2mm2mm的光阑及波长的光阑及波长435.8nm435.8nm的滤光片插在光电

11、管入射窗孔前。的滤光片插在光电管入射窗孔前。(1) (1) 从截止电压开场由低到高调理电压，直至从截止电压开场由低到高调理电压，直至30V30V不不高于高于30V30V。 从截止电压到从截止电压到0V 0V 区间，电压取值间隔为区间，电压取值间隔为0.25V;0.25V; 从从0V0V到到8V 8V 区间，电压取值间隔为区间，电压取值间隔为1.5V;1.5V; 从从8V8V到到30V 30V 区间，电压取值间隔为区间，电压取值间隔为3V;3V; 每取一电压值，记录一电流值到表每取一电压值，记录一电流值到表31312 2中。中。 为了使每个电流值都有三位有效数字，丈量过程中须变为了使每个电流值都

12、有三位有效数字，丈量过程中须变换换“电流量程电流量程 。 留意：每次互换留意：每次互换“电流量程，都应重新调零电流量程，都应重新调零) ) (2) (2) 换上直径为换上直径为4mm4mm的光阑，反复步骤的光阑，反复步骤(1)(1)。435.8435.8nmnm光阑光阑2mm2mm435.8435.8nmnm光阑光阑4 4mmmm)V(AKU)A10(10I)V(AKU)A10(10I)(0U30400mmL 231关系表AKUI4. 4. 验证光电管的饱和光电流验证光电管的饱和光电流ImIm与入射光强与入射光强P P 成成正比关系正比关系 在在UAKUAK为为30V30V时，选择时，选择 “

13、电流量程使得电电流量程使得电流值有三位有效数字，并重新调零。在同一入流值有三位有效数字，并重新调零。在同一入射频率，同一入射间隔下，记录光阑直径分别射频率，同一入射间隔下，记录光阑直径分别为为2mm2mm、4mm4mm、8mm8mm时对应的电流值于表时对应的电流值于表31313 3中。中。关系表 331PImnm8 .435nm1 .546(mm) 光阑孔)A10(10I248)A10(10Imm)400 V30(LUAK(mm) 光阑孔六六. .本卷须知本卷须知本实验不用要求暗室环境，但应防止背景光强本实验不用要求暗室环境，但应防止背景光强 的猛烈变化。的猛烈变化。2. 2. 实验过程中留意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁实验过程中留意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让让 汞光不经过滤光片直接入射光电管窗口。汞光不经过滤光片直接入射光电管窗口。3. 3. 实验终了时应盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖！实验终了时应盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖！七七. . 数据处置数据处置用线性回