大学物理实验报告系列之光电效应.doc
【实验名称】光电效应
【实验目的】
1.了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。
2.测量普朗克常数h。
【实验仪器】
ZKY-GD-4智能光电效应（普朗克常数）实验仪。
【实验原理】
光电效应的实验原理如图1所示。入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移构成光电流，改变外加电压UAK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。
始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为10－9秒的数量级。
AKAVUAK图1实验原理图
AK
A
V
UAK
图1
实验原理图
U0
斜率h/e
?0?
图4
截止电压U与入射光频率?的关系图
I
?1
?2
U01U02UAK
图3
不同频率时光电管的伏安特性曲线
I
P1
P2
U0UAK
图2
同一频率,不同光强时光电管的伏安特性曲线
按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为?的光子具有能量E=h?，h为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：
式中，A为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。
由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有关系：
eU0（2）
阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加UAK时I不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成正比。
光子的能量h?0A时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频率（截止频率）是?0=A/h。
eU0=h?－A（3）
【实验内容】
1.手动测量
从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的UAK，以其绝对值作为该波长对应的U0的值，并将数据记于表一中。为尽快找到U0的值，调节时应从高位到低位，先确定高位的值，再顺次往低位调节。
2.自动测量测光电管的伏安特性曲线：
测伏安特性曲线可选用“手动/自动”两种模式之一，测量的最大范围为-1∽50V，自动测量时步长为1V，仪器功能及使用方法如前所述。
【数据表格与数据记录】
波长（nm）
365
405
436
546
577
8.241
7.418
6.879
5.490
5.196
1.822
1.424
1.202
0.664
0.546
-1
0.1
0.1
0.1
0.0
0.1
0
0.2
0.2
0.5
0.2
0.2
1
0.5
0.5
1.1
0.6
0.5
2
0.7
0.8
1.8
1.1
0.9
3
1.0
1.1
2.4
1.4
1.2
4
1.2
1.4
2.9
1.8
1.5
5
1.4
1.6
3.5
2.1
1.7
6
1.7
1.9
3.9
2.3
1.9
7
1.9
2.1
4.4
2.6
2.0
8
2.1
2.3
4.8
2.8
2.2
9
2.3
2.5
5.3
3.0
2.4
10
2.5
2.8
5.8
3.3
2.6
11
2.7
3.0
6.2
3.5
2.7
12
2.9
3.2
6.7
3.7
2.9
13
3.1
3.4
7.1
3.9
3.0
14
3.3
3.6
7.5
4.1
3.1
15
3.5
3.8
7.9
4.3
3.2
16
3.7
3.9
8.2
4.5
3.3
17
3.9
4.1
8.5
4.6
3.4
18
4.1
4.3
8.8
4.8
3.5
19
4.3
4.4
9.1
4.9
3.5
20
4.4
4.6
9.4
5.0
3.6
21
4.6
4.7
9.6
5.1
3