光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

1、制作：周嘉萍制作：周嘉萍一一. .實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理二二. .愛因斯坦的解釋愛因斯坦的解釋三三. .實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器四四. .實(shí)驗(yàn)思考題實(shí)驗(yàn)思考題五五. .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容六六. .注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)七七. .數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一一. .實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 在光的照射下，電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，在光的照射下，電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫叫光電效應(yīng)光電效應(yīng)。VGAK+RE+光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理圖光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理圖ImIo0UAKU某一頻率下某一頻率下, ,某一光強(qiáng)時(shí)某一光強(qiáng)時(shí)光電管的伏安特性曲線光電管的伏安特性曲線1. 1. 實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)規(guī)律 （2 2）截止電壓）截止電壓U U0 0 與入射光頻率具有線性

2、關(guān)系。與入射光頻率具有線性關(guān)系。0U0（1 1）僅當(dāng)）僅當(dāng)nnnn0 0（截止頻率）時(shí)才發(fā)生光電效應(yīng)，截截止頻率）時(shí)才發(fā)生光電效應(yīng)，截止頻率與材料有關(guān)，但與入射光強(qiáng)無(wú)關(guān)。止頻率與材料有關(guān)，但與入射光強(qiáng)無(wú)關(guān)。U0 曲線曲線(3)(3)在同一頻率下，飽和光電流強(qiáng)度在同一頻率下，飽和光電流強(qiáng)度I Im m 正比于正比于入射光強(qiáng)入射光強(qiáng)P P。(4)(4)光電效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)。當(dāng)光照射到金屬表面時(shí)，幾光電效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)。當(dāng)光照射到金屬表面時(shí)，幾 乎立即就有光電子逸出。乎立即就有光電子逸出。1P2PIm1Im2Io0UAKU12PP 同一頻率同一頻率, ,不同入射光強(qiáng)時(shí)不同入射光強(qiáng)時(shí)I IU UAKAK曲

3、線曲線二二. . 愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋(1905(1905年）年）： 光束由光束由光子光子構(gòu)成，頻率為構(gòu)成，頻率為n n的光束，光子能量為的光束，光子能量為e = hne = hn. . 當(dāng)當(dāng)光子光子照到金屬表面時(shí)，其能量一次為金屬中的電子全照到金屬表面時(shí)，其能量一次為金屬中的電子全部吸收，而不需積累能量的時(shí)間。部吸收，而不需積累能量的時(shí)間。 電子把這能量的一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它的吸引力電子把這能量的一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它的吸引力而作功，余下的就成為電子離開金屬表面后的動(dòng)能。而作功，余下的就成為電子離開金屬表面后的動(dòng)能。愛因斯坦的光電效應(yīng)方程：愛因斯坦的光電

4、效應(yīng)方程：Wmvh2021金屬的逸出功金屬的逸出功（1 1）當(dāng)）當(dāng)hnhn0 0 nn n0 0 = = W/h W/h（截止頻率）時(shí)才發(fā)生截止頻率）時(shí)才發(fā)生光電效應(yīng)光電效應(yīng)。(2) 即截止電壓即截止電壓U U0 0 與入射光頻率與入射光頻率n n 成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。 由實(shí)驗(yàn)可確定該直線的斜率，從而算出普朗克常數(shù)由實(shí)驗(yàn)可確定該直線的斜率，從而算出普朗克常數(shù)h h。eWehU020021mveUWmvh2021( (由實(shí)驗(yàn)得由實(shí)驗(yàn)得) )（3 3）當(dāng)頻率一定時(shí)，入射光強(qiáng)）當(dāng)頻率一定時(shí)，入射光強(qiáng) P P 越大，光子數(shù)目越多，越大，光子數(shù)目越多，則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電子數(shù)目越多，飽和光電流強(qiáng)度就

5、則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電子數(shù)目越多，飽和光電流強(qiáng)度就越大。越大。即在同一頻率下，飽和光電流強(qiáng)度即在同一頻率下，飽和光電流強(qiáng)度I Im m 正比正比于入射光強(qiáng)于入射光強(qiáng)P P。（4 4）當(dāng)光子入射金屬表面時(shí)，一個(gè)光子攜帶的能量）當(dāng)光子入射金屬表面時(shí)，一個(gè)光子攜帶的能量 hn hn 一次一次為一個(gè)電子全部吸收，若為一個(gè)電子全部吸收，若 nnn0 ，電子立即逸出而不需時(shí)間，電子立即逸出而不需時(shí)間積累。積累。即光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。即光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。三三. .實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器汞燈電源汞燈電源高壓汞燈高壓汞燈光電管和暗箱光電管和暗箱測(cè)試儀測(cè)試儀光闌光闌濾光片濾光片“電壓電壓”選擇按鍵選擇按鍵“電流量程電流

6、量程”選擇旋鈕選擇旋鈕“電流調(diào)零電流調(diào)零”旋旋鈕鈕“電壓調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)”旋旋鈕鈕濾光片濾光片光闌光闌汞燈遮光蓋汞燈遮光蓋光電管暗箱遮光蓋光電管暗箱遮光蓋四四. . 思考題思考題當(dāng)加在光電管兩端的電壓為零時(shí)，光電流不為零，當(dāng)加在光電管兩端的電壓為零時(shí)，光電流不為零， 這是為什么？這是為什么？2. 2. 光電管一般都用逸出功小的金屬做陰極，用逸出光電管一般都用逸出功小的金屬做陰極，用逸出功大的金屬做陽(yáng)極，為什么？功大的金屬做陽(yáng)極，為什么？3.3.實(shí)驗(yàn)時(shí)能否將濾光片放在光源的出光孔上？為什實(shí)驗(yàn)時(shí)能否將濾光片放在光源的出光孔上？為什么？么？五五. .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 1. 測(cè)試前準(zhǔn)備測(cè)試前準(zhǔn)備: :

7、 蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，將光電管與汞燈距離調(diào)蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，將光電管與汞燈距離調(diào) 整并保持在整并保持在400400mmmm，接通測(cè)試儀及汞燈電源，預(yù)熱約接通測(cè)試儀及汞燈電源，預(yù)熱約1515minmin。 （注意：汞燈一旦開啟，不要隨意關(guān)閉）注意：汞燈一旦開啟，不要隨意關(guān)閉）測(cè)試儀調(diào)零：蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，測(cè)試儀調(diào)零：蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，“電壓電壓”選選 擇擇 在在2 2V +2VV +2V檔，檔，“電流量程電流量程”選擇在選擇在10101313A A檔，旋檔，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)“電電 流流 調(diào)零調(diào)零” ” 旋鈕使旋鈕使“電流表電流表”指示為零。指示為零。 （注意：

8、每次調(diào)換（注意：每次調(diào)換“電流量程電流量程”，都應(yīng)重新調(diào)零，都應(yīng)重新調(diào)零) )(3) (3) 調(diào)整光路：調(diào)整光路：先先取下光電管暗箱遮光蓋，將直徑為取下光電管暗箱遮光蓋，將直徑為2 2mmmm的光的光 闌及波長(zhǎng)為闌及波長(zhǎng)為365.0365.0nmnm的濾光片插在光電管入射窗孔前，的濾光片插在光電管入射窗孔前，再再取取 下汞燈的遮光蓋，使汞燈的出射光對(duì)準(zhǔn)光電管入射窗孔。下汞燈的遮光蓋，使汞燈的出射光對(duì)準(zhǔn)光電管入射窗孔。 （注意：嚴(yán)禁讓汞光不經(jīng)過(guò)濾光片直接入射光電管）（注意：嚴(yán)禁讓汞光不經(jīng)過(guò)濾光片直接入射光電管）2. 2. 用零電流法測(cè)定用零電流法測(cè)定h h 將將“電壓電壓”選擇按鍵置于選擇按鍵置

9、于2 2V +2VV +2V檔，檔，“電流量程電流量程”選選擇在擇在10101313A A檔并重新調(diào)零。將直徑為檔并重新調(diào)零。將直徑為2 2mmmm的光闌及波長(zhǎng)為的光闌及波長(zhǎng)為365.0365.0nmnm的濾光片插在光電管入射窗孔前，調(diào)節(jié)電壓的濾光片插在光電管入射窗孔前，調(diào)節(jié)電壓U UAKAK，使得光電流使得光電流I I為零，此時(shí)測(cè)試儀中顯示的電壓值即可認(rèn)為是該入射光頻率為零，此時(shí)測(cè)試儀中顯示的電壓值即可認(rèn)為是該入射光頻率對(duì)應(yīng)的截止電壓。重復(fù)測(cè)量四次，填入表對(duì)應(yīng)的截止電壓。重復(fù)測(cè)量四次，填入表31311 1中。中。 依次依次 更換其余四個(gè)濾光片（注意：一定要更換其余四個(gè)濾光片（注意：一定要先先

10、蓋上汞燈的遮蓋上汞燈的遮光蓋光蓋再再更換濾光片），測(cè)出各自對(duì)應(yīng)的截止電壓。更換濾光片），測(cè)出各自對(duì)應(yīng)的截止電壓。表311 光闌孔f =2mm 波長(zhǎng)波長(zhǎng)l l (nm) 365.0404.7435.8546.1577.08.2147.4076.8795.4905.196截止電壓截止電壓1234 平均值平均值Hz)10 14（頻率)V(0U關(guān)系 0U3. 3. 測(cè)光電管的伏安特性曲線測(cè)光電管的伏安特性曲線( (I IU UAKAK曲線曲線) ) 將將“電壓電壓”選擇按鍵置于選擇按鍵置于2 2V +30VV +30V檔，將檔，將“電流量程電流量程”選選擇開關(guān)置于擇開關(guān)置于10101313A A并重新

11、調(diào)零，將直徑為并重新調(diào)零，將直徑為2mm2mm的光闌及波長(zhǎng)的光闌及波長(zhǎng)435.8435.8nmnm的濾光片插在光電管入射窗孔前。的濾光片插在光電管入射窗孔前。(1) (1) 從截止電壓開始由低到高調(diào)節(jié)電壓，直至從截止電壓開始由低到高調(diào)節(jié)電壓，直至3030V V（不高于（不高于3030V V）。）。 從截止電壓到從截止電壓到0 0V V 區(qū)間，電壓取值間隔為區(qū)間，電壓取值間隔為0.250.25V;V; 從從0 0V V到到8 8V V 區(qū)間，電壓取值間隔為區(qū)間，電壓取值間隔為1.51.5V;V; 從從8 8V V到到3030V V 區(qū)間，電壓取值間隔為區(qū)間，電壓取值間隔為3 3V;V; 每取一電

12、壓值，記錄一電流值到表每取一電壓值，記錄一電流值到表31312 2中。中。 為了使每個(gè)電流值都有三位有效數(shù)字，測(cè)量過(guò)程中須變?yōu)榱耸姑總€(gè)電流值都有三位有效數(shù)字，測(cè)量過(guò)程中須變換換“電流量程電流量程” ” 。 （注意：每次調(diào)換（注意：每次調(diào)換“電流量程電流量程”，都應(yīng)重新調(diào)零，都應(yīng)重新調(diào)零) ) (2) (2) 換上直徑為換上直徑為4 4mmmm的光闌，重復(fù)步驟的光闌，重復(fù)步驟(1)(1)。435.8435.8nmnm光闌光闌2mm2mm435.8435.8nmnm光闌光闌4 4mmmm)V(AKU)A10(10I)V(AKU)A10(10I)(0U30400mmL 231關(guān)系表AKUI4. 4.

13、 驗(yàn)證光電管的飽和光電流驗(yàn)證光電管的飽和光電流I Im m與入射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)P P 成成正比關(guān)系正比關(guān)系 在在U UAKAK為為3030V V時(shí)，選擇時(shí)，選擇 “ “電流量程電流量程”使得電流值有三使得電流值有三位有效數(shù)字，并重新調(diào)零。在同一入射頻率，同一入射位有效數(shù)字，并重新調(diào)零。在同一入射頻率，同一入射距離下，記錄光闌直徑分別為距離下，記錄光闌直徑分別為2 2mmmm、4mm4mm、8mm8mm時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值于表電流值于表31313 3中。中。關(guān)系表 331PImnm8 .435nm1 .546(mm) 光闌孔)A10(10I248)A10(10Imm)400 V30(LUAK(mm) 光闌孔六六. .注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)本實(shí)驗(yàn)不必要求暗室環(huán)境，但應(yīng)本實(shí)驗(yàn)不必要求暗室環(huán)境，但應(yīng)避免避免背景光強(qiáng)背景光強(qiáng) 的劇烈變化。的劇烈變化。2. 2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意隨時(shí)蓋上汞燈的遮光蓋，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意隨時(shí)蓋上汞燈的遮光蓋，嚴(yán)禁嚴(yán)禁讓讓 汞光不經(jīng)過(guò)濾光片直接入射光電管窗口。汞光不經(jīng)過(guò)濾光片直接入射光電管窗口。3. 3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)應(yīng)蓋上蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋！光電管暗箱和汞燈的遮光蓋！七七. . 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理用線性