光电效应实验中频率与饱和电流的实验研究

1、光电效应实验中光波波长与饱和光电流关系的实验研究王志军， 何越，王连元，田云霞，王泽恒，倪牟翠，李玉，张金宝，李海英，郭欣，李守春吉林大学物理学院摘要：本文通过实验分别研究了光电效应实验中，光强一定及光子数一定时光波波长与饱和光电流的关系。研究结果表明，光强一定时，饱和光电流既与光子数有关又与光电效率有关，光子数一定时，饱和光电流只与光电效率有关。Abstract: In this paper，the saturated photocurrent varication with light wavelength with same light intensity and same photon

2、 number were studied respectively by experiment. As the results shown，the saturated photocurren is relation with both photon number and photoelectric efficiency in the same intensity，and only is relation with the photoelectric efficiency in the same photon number.关键词：光电效应，饱和光电流，光电效率，光强，光子数。Key Words

3、: Photoelectric Effect， Saturated Photocurrent， Photoelectric Efficiency， Light Intensity， Photon Number.引言在光电效应实验中，人们对光波波长与饱和光电流关系的认识经常出现错误，而目前还没有相关实验研究这一问题。为此，我们在实验上研究了光强一定及光子数一定时光波波长与饱和光电流的关系。对于我们正确认识光波波长与饱和光电流的关系有着非常重要的意义，并且可以通过实验算出不同光波波长的光电效率比。一光电效应光电效应是1887年赫兹发现的，当以一定频率的光照射到金属表面时，金属中的电子吸收光的能量，

4、从而使电子从金属表面逸出的现象。其基本的实验事实为：(1)饱和光电流Im与入射光强成正比；(2)光电效应存在一个频率0(截止频率)，当入射光的频率低于域频率时，不论光的强度如何，都没有光电效应产生；(3)光电子的动能与光强无关，但与入射光的频率成线性关系；(4)光电效应是“瞬时”的，当入射光的频率大于截止频率时，一经光照射，立刻产生光电子，时间的滞后不超过10-9s1。实验原理21905年，爱因斯坦将普朗克的能量子思想引入到光电效应中，提出光子的概念，成功地解释了光电效应，他提出光是由能量为h的光量子构成的粒子流。并提出了著名的光电效应方程： E=h=Ek+W= m2/2+W （1）式中Ek为

5、光电子的初动能，m为电子的质量。为光电子逸出金属表面的初速度； 为光电子的频率；W为光照射的金属材料的逸出功，为定值。为了测量光电子的初动能，采用了如图1所示的电路图2。在光电管两端加上反向电压，以单色光照射光电管阴极K，由阴极逸出的光电子具有相同的初动能，在反向电压下克服向下的电场力向上（阳极）运动，随着反向电压的增大，光电流逐渐减小，当反向电压增加到U0时，光电流降为0，此时反向电压对电子作的功eU0等于光电子逸出的初动能，即：eU0=m2/2 （2）VGCK_+当光子的能量h0 I365.0 I435.8 I546.1 I577.0。由于I404.7具有最大的饱和光电流，因此，我们以I4

6、04.7为准进行了归一化，得到了相同光强下不同入射光波长与饱和光电流的关系，以及相同光子数下不同入射光波长与饱和光电流的关系，如图5所示。从图5可以清晰地看出饱和光电流随波长变化趋势基本相同，这主要是在相同光强下，光电效率相对于波长来说占据更为主要的地位。由相同光子数下不同入射光波长与饱和光电流的关系图，我们还可以简单的估算出不同入射光的相对光电效率比分别为67.56，100.00，46.79，12.20，8.04。与相关文献比较吻合7, 8。图5 相同光强及相同光电子数与不同入射光波长饱和光电流的关系三结论我们通过测量不同入射波长光的U-I曲线，得到不同入射光波长的饱和电流，通过测量经过滤色

7、片后不同入射光波长的出射光强，经过归一化后，比较了相同光强下和相同光子数下入射光波长与饱和光电流的关系。结果表明，二者具有相似的变化趋势，这主要是由于光电效率占据更为重要的地位。并简单的估算出不同入射光的相对光电效率比。对于我们正确认识和理解光波波长与饱和光电流的关系有着非常重要的意义。参考文献1大学物理学，张铁强，高等教育出版社，P241，2012年8月。2大学物理实验，郭山河，李守春，王国光，吉林大学出版社，P116，2009年8月。3姚启钧，光学教程，北京1高等教育出版社，19814唐新科，光电效应几个问题的讨论，青海师范大学学报，P35-37，19995袁立生，对光电效应中一个问题的辨析，物理通报，P9-10，1998(6)6 李曙光，光电效应中饱和光电流与入射光频率的关系研究，大学物理实验， Vol.15