光电效应实验报告数据

光电效应目的证验光之粒子说，并测量Planckconstanth。原理电磁辐射本身是以不连续的单位存在。这样的单位我们称它为光子，每个光子不但带有固定的能量，也带有固定的动量。我们可以定义光子的能量为E=hv,因此当E=nhv时，显然为n个光子所具有的能量。许多金属，当受光照射时，就会放出电子，而可汇集成电流，入射光之强度对放出之电子数及能量之关系，可以用实验测出来。如图1.，便是一个基本光电管装置线路：当光照射光电管中的金属层C时，此金属便释出光电子被环形白金线圈A吸收，并且可测量出一电流Ip。在A和C之间，可加上不同的电压值V,变动丫及入射光之频率与强度，我们便可得到许多不同的Ip值。

实验的结果是：如果保持入射光的强度与频率不变，只变动V则当V>0时（A之电压较C为高），且达到某一值，1之读数几近于一饱和值，称此饱和电流值为Im。当V由正转负时，则I之读数渐渐减低，直到V=-V0时，电流完全截止，电流与电压之关系，如图2.所示。如果改变入射光之频率与强度,则可看出Im与光之强度成正比，但V0却与光强度无关，而与光频率成线性关系，如图3.所示。图2图2图3以古典波动理论无法解释，但可用量子论解释，这便是爱因斯坦著名的光电效应：根据量子假设，射到光电管阴极之单色光是一群光子，每个光子的能量E=hv故光之强度越大时，光子之数目便越多，每个光子，当进入金属表面后，其能量就完全消耗于激发一个电子，使其能量增加，甚至有足够的能量跑出来。由于原子之静电场，电子欲摆脱束缚所需之能量为eW,W称为功函数，当能量为hv之光子将一个电子释放出来时，电子动能T=1/2mev2=hv-eW。如光电子管带正电压，则这些电子正好被阳极吸收，造成电流。当入射光强度越大时，则光子之数目越多，因此被释放之电子数目也越多，亦即电流越大。当光电流的阳极带负电压时，这个负电压正足以减速被释放之电子。因此，截止电压-V0遵从eV0=T=hv-eW或V0=hv/e-W其中h/e正是图3中求之斜率。如果我们只将光看成一平面波的话，就很难解释为甚么V0和频率成正比了。光电效应有一个特性，非用量子假设来说明不可。即若我们以强度非常小的光照光电管的阴极，hv只要大于阴极的功函数，则一定会有光子释出。从实验来

看阴极受到光照射到释出电子的时间非常短。如果只将入射光看成一平面波的话，由于一个原子的截面积非常小，因此从很微弱的入射光撷取的能量也非常小，这些微弱的能量必须积聚的够久才能让电子克服功函数跑出来，这显然和实验结果是相违背的。实验装置图4仪器接线图A.直流电源供应器B.电流放大器C.m用电表（读偏压用）口.三用电表（读光电流信号用）E.黑盒子儡原输入端（犍轲哪■<?儡原输入端（犍轲哪■<?常然是接到@涯供麻醋的翰山瞌）椎重崩放大器《能甯流指端翰曲城）128 76’ 64 3128 76’ 64 321图5 1.汞灯2.窗口3.透镜4.狭缝5.透镜6殿镜6’.窗口7.反射镜8.输出输入端9.调整用螺旋臂10.狭缝11.透镜12.光电管实验步骤.仪器接线如图4，首先开启汞灯及电风扇(汞灯源旁一定要使用电风扇散热。实验结束时，请先关闭汞灯源，等到灯泡冷却后，才关掉电扇)。.调整狭缝(4)使其在透镜(3)光的聚焦处。调整透镜(5)使光经反射镜(7)反射后可在狭缝(10)处得到聚焦清晰的汞灯光谱线。调整透镜(11)找出谱线在光电管阴极上为聚焦最好的情况，调整反射镜(7)的角度寻找聚焦鉴定率良好之色光：红、橙、绿、蓝，紫。.盖上黑盒子，并封闭所有光源入口，确定所加逆向偏压为零，调整电流放大器，使其在10-11安培归零，然后将电流档调回10-9安培并归零。(黑盒子在打开状态时，电流放大器千万不要打开，以免外界光源造成极大的光电流烧坏电流计。).打开汞灯光源，测量紫光零偏压时的光电流。.调大正向偏压(微缓地)，观察并记录光电流与正向偏压之关系。.调大反向偏压，同样观察并记录光电流与反向偏压之关系，并且记录截止电压值一Vo(I=0)。.用回归分析法求出如图2及图3之图形。.以其他的光谱线(蓝、绿、橙、红等光)，重复步骤3、4、5、6(适时变换档位来量测，但每变换一档位时，都要重新归零)。预习问题请解释何谓功函数(w