实验 -20 光电效应

实验-20光电效应 制作：周嘉萍

一.实验原理 二.爱因斯坦的解释三.实验仪器四.实验思考题五.实验内容六.注意事项七.数据处理

K A G － + V R E － + 某一频率下,某一光强时光电管的伏安特性曲线光电效应实验原理图一.实验原理在光的照射下，电子从金属表面逸出的现象，叫光电效应。

1. 实验规律 （1）仅当n>n0（截止频率）时才发生光电效应，截止频率与材料有关，但与入射光强无关。（2）截止电压U0 与入射光频率具有线性关系。 U0 ～n 曲线

同一频率,不同入射光强时I～UAK曲线 (3)在同一频率下，饱和光电流强度Im 正比于入射光强P。 (4)光电效应是瞬时效应。当光照射到金属表面时，几乎立即就有光电子逸出。

金属的逸出功 二. 爱因斯坦对光电效应的解释(1905年）：光束由光子构成，频率为n的光束，光子能量为e = hn. 当光子照到金属表面时，其能量一次为金属中的电子全部吸收，而不需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力而作功，余下的就成为电子离开金属表面后的动能。爱因斯坦的光电效应方程：

（1）当hn0< W 时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。即当n>n0 = W/h（截止频率）时才发生光电效应。 (2) (由实验得) 即截止电压U0 与入射光频率n 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h。

（3）当频率一定时，入射光强 P 越大，光子数目越多，则单位时间内产生光电子数目越多，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 正比于入射光强P。（4）当光子入射金属表面时，一个光子携带的能量 hn 一次为一个电子全部吸收，若 n>n0 ，电子立即逸出而不需时间积累。即光电效应具有瞬时性。

三.实验仪器 高压汞灯汞灯电源测试仪光电管和暗箱光阑滤光片

“电压”选择按键 “电流量程”选择旋钮 “电压调节”旋钮 “电流调零”旋钮

光阑汞灯遮光盖光电管暗箱遮光盖滤光片

四. 思考题 • 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？ • 2. 光电管一般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？ • 3.实验时能否将滤光片放在光源的出光孔上？为什么？

五.实验内容 • 1. 测试前准备: • 盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光电管与汞灯距离调 • 整并保持在400mm，接通测试仪及汞灯电源，预热约15min。 • （注意：汞灯一旦开启，不要随意关闭） • 测试仪调零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，“电压”选 • 择在－2V ~ +2V档，“电流量程”选择在10－13A档，旋转“电 • 流调零” 旋钮使“电流表”指示为零。 • （注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零)

(3) 调整光路：先取下光电管暗箱遮光盖，将直径为2mm的光阑及波长为365.0nm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。（注意：严禁让汞光不经过滤光片直接入射光电管）

2. 用零电流法测定h 将“电压”选择按键置于－2V ~ +2V档，“电流量程”选择在10－13A档并重新调零。将直径为2mm的光阑及波长为365.0nm 的滤光片插在光电管入射窗孔前，调节电压UAK，使得光电流I 为零，此时测试仪中显示的电压值即可认为是该入射光频率对应的截止电压。重复测量四次，填入表31－1中。依次更换其余四个滤光片（注意：一定要先盖上汞灯的遮光盖再更换滤光片），测出各自对应的截止电压。

表31－1 光阑孔f =2mm

3. 测光电管的伏安特性曲线(I～UAK曲线) 将“电压”选择按键置于－2V ~ +30V档，将“电流量程”选择开关置于10－13A并重新调零，将直径为2mm的光阑及波长435.8nm的滤光片插在光电管入射窗孔前。 (1) 从截止电压开始由低到高调节电压，直至30V（不高于30V）。从截止电压到0V 区间，电压取值间隔为0.25V; 从0V到8V 区间，电压取值间隔为1.5V; 从8V到30V 区间，电压取值间隔为3V; 每取一电压值，记录一电流值到表31－2中。

为了使每个电流值都有三位有效数字，测量过程中须变换“电流量程” 。（注意：每次调换“电流量程”，都应重新调零) (2) 换上直径为4mm的光阑，重复步骤(1)。

4. 验证光电管的饱和光电流Im与入射光强P 成正比关系在UAK为30V时，选择 “电流量程”使得电流值有三位有效数字，并重新调零。在同一入射频率，同一入射距离下，记录光阑直径分别为2mm、4mm、8mm时对应的电流值于表31－3中。

六.注意事项 • 本实验不必要求暗室环境，但应避免背景光强 • 的剧烈变化。 • 2. 实验过程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，严禁让 • 汞光不经过滤光片直接入射光电管窗口。 • 3. 实验结束时应盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖！

七. 数据处理 • 用线性回归法求U0～n直线的斜率k: 再由h= ek求出普朗克常数h，并与公认值h0比较，求出百分误差: • 根据表31－2的数据，在坐标纸上作出对应两种通光 • 量的I-UAK关系曲线。

实验 -20 光 电 效 应