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大学物理实验报告系列之光电效应.doc

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【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

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