光电效应实验思考题
光电效应思考题
1、光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象，在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电。
内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。
外光电效应是被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。
电光效应是将物质置于电场中时物质的光学性质发生变化的现象。
某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性物质的折射率因外加电场而发生变化的现象为电光效应。
电光效应包括泡克耳斯(Pockels)效应和克尔(Kerr)效应。
单光子光电效应：我们常说的光电效应为单光子光电效应，也就是每个电子同一时间只吸收一个光子。
多光子光电效应：当单位体积内同时相互作用的能量子的数目大到使得发射光的能量子可以从几个入射能量子中取得能量。
2、普朗克常量的意义：普朗克常数是现代物理学中最重要的常数之一,它成为区分宏观客体和微观客体的界限。
普朗克常数的发现,在物理学的发展史上具有划时代的意义,它第一次表明了辐射能量的不连续性,这是现代物理学中富有革命性的事件。
由于它的发现,物理学进入了一个全新的时代,这个理论物理学的新概念导致了量子理论的建立。
1905年爱因斯坦在解释光电效应时,将普朗克的辐射能量不连续的假设作了重大发展,提出光是由能量为hυ的光量子构成的粒子流。
爱因斯坦和德拜用量子概念计算了固体中振动能量随频率的分布,由此解释了固体比热在低温下趋于零的特征。
后来,科学家们证明了康普顿效应是一种量子效应,是普朗克常数h起重要作用的量子现象,在经典极限下,h趋于零,能谱由分立变连续,X射线被电子散射后波长不变,康普顿效应不存在。
光的波粒二象性,是对光的本质的深刻认识,正是表达式ε=hυ和p=h/λ把标志波动性质的υ和λ同标志微粒性的E和p,通过普朗克常数h定量地联系起来了。
在光的二象性的启发下,德布罗意提出了与光的二象性完全对称的设想,即实物粒子也具有波粒二象性的假设,粒子的能量与波的(角)频率、波矢量间满足德布罗意关系,1926年薛定谔建立了物质波的波动方程,算出了氢原子的量子化能量,与实验完全符合。
高中物理 光电效应习题及解析
A. 用光束1照射时，不能产生光电子
B. 用光束3照射时，不能产生光电子
C. 用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多
D. 用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大
【答案】AC
【解析】
【详解】A、B、依据波长与频率的关系：
因λ1＞λ2＞λ3，那么 ；由于用光束2照射时，恰能产生光电子，因此用光束1照射时，不能产生光电子，而光束3照射时，一定能产生光电子；故A正确，B错误．C、D、用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程： ，可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关；故C正确，D错误．故选AC．
阴极K金属的极限频率νc= = ，C正确．
2、计算题
14.如图所示，相距为d的两平行金属板A、B足够大，板间电压恒为U，有一波长为λ的细激光束照射到B板中央，使B板发生光电效应，已知普朗克常量为h，金属板B的逸出功为W，电子质量为m，电荷量e，求：
（1）光电子的最大初动能
（2）从B板运动到A板所需时间最短的光电子到达A板时的动能．
9.（多选）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是（）
A. 保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大
B. 入射光的频率变高，饱和光电流变大
C. 入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大
D. 保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
C、根据 结合乙的逸出功比甲大可以知道，若 相等，则照射甲金属的光的频率要比照射乙金属的光的频率小，故C错误；
D、逸出功： ，根据图象可知,乙的极限频率比甲大，故乙的逸出功比甲大，故D错误。
高中物理 光电效应习题及解析
A. 1.9eVB. 0.6eVC. 2.5eVD. 3.1eV
光电流的大小与入射光的时间无关，入射光的强度越大，饱和光电流越大，故A错误；发生光电效应时，能否发生光电效应与入射光的强度无关，减小入射光的强度，光电流不能消失，故B错误；用频率为v的光照射时，有光电流产生，用频率小于v的光照射，光电效应现象不一定消失，还要看入射光的频率是否小于极限频率．故C错误；根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，故D正确；
光电效应
一、选择题
1.用如图所示装置做光电效应实验，下述正确的是（ ）
A.光电效应现象是由爱因斯坦首先发现的
B.实验现象揭示了光具有波动性
C 实验中，光电子从锌板逸出，验电器带正电
D.实验中，若用可见光照射锌板，也能发生光电效应
【答案】C
【解析】
【详解】A、光电效应是由赫兹首先发现的，故A错误．B、光电效应现象揭示了光具有粒子性，故B错误．C、光电效应现象中，光电子从锌板逸出，验电器带正电，故C正确．D、光电效应中应该用紫外线照射锌板，当用可见光时，频率降低，小于极限频率，则不满足光电效应反生条件．故D错误．故选C．
8.在光电效应实验中，分别用频率为va、vb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb．h为普朗克常量．下列说法正确的是（）
A. 若va＞vb，则一定有Ua＜Ub
B. 若va＞vb，则一定有Eka＜Ekb
高中物理光电效应课后习题答案及解析
高中物理光电效应课后习题答案及解析练习与应用1．在光电效应实验中，如果入射光的波长确定而强度增加，将产生什么结果？如果入射光的频率增加，将产生什么结果？解析：如果入射光的波长确定而强度增加，则光电效应时，单位时间内逸出的光电子会增多（光的频率大于金属极限频率），若原入射光的频率小于金属极限频率，则强度增加时仍不会有光电子逸出。
如果入射光的频率增加，根据E km=hν-W0可知逸出光电子的最大初动能会增大。
2．金属A在一束绿光照射下恰能发生光电效应，现用紫光或红光照射时，能否发生光电效应？紫光照射A、B 两种金属都能发生光电效应时，为什么逸出金属表面的光电子的最大速度大小不同？解析：紫光光子频率大于绿光光子频率，紫光光子能量大于绿光光子能量，红光光子频率小于绿光光子频率，红光光子能量小于绿光光子能量。
因此，用紫光照射时能发生光电效应，用红光照射时不能发生光电效应。
由光电效应方程E k=hν-W0可知,A、B两种金属的截止频率不同，故用同种光照射时，逸出的光电子最大初动能不同，光电子的最大速度大小不同。
3．铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长为200 nm 的光照射铝的表面。
1/ 32 / 3（1）求光电子的最大初动能。
（2）求截止电压。
（3）求铝的截止频率。
解析：（1）根据爱因斯坦光电效应方程得：光电子的最大初动能为 Ek=hcλ−W 0=3.3×10-19J（3）当光电子逸出时的动能为零时，再减小照射光的频率便不1015Hz ．4．根据图4.2-1所示的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）频率已知的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。
解析：在此电路的光电管上施加反向电压，用已知频率为ν1的光照射阴极K ，调节电压大小，直到光电管刚好无电流通过，测出此时的遏止电压U 1，用另一已知频率为ν2的光照射，测出遏止电压U 2，根据光电效应方程得：E k1=h ν1-W 0=eU 1，E k2=h ν2-W 0=eU 2，联立两式解得：h==e(U 1−U 2)ν1−ν2。
光电效应测普朗克常数思考题
光电效应测普朗克常数实验思考题一、什么叫光电效应电子在光的作用下从某些物质表面发射出来的现象称为光电效应。
逸出来的电子称为光电子。
光电效应分为内光电效应和外光电效应。
内光电效应是指被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生电动势的现象。
内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。
外光电效应是指被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。
单光子的光电效应是指某一时刻物质表面的每个电子只吸收一个光子，这也是通常所说的光电效应。
如果单位体积内同时相互作用的能量子的数目大到使得发射光的能量子可以从几个入射能量子中取得能量，即一个电子可以同时吸收两个及两个以上的光子，就称为多光子的光电效应。
在此情况下，光电效应的规律有相应的变化：1. 光电流与入射光强的n次幕成正比，而不限于线性关系；2. 入射光强决定能否产生n光子光电效应，由推广的爱因斯坦光电效应方程可知，它对光电子的最大动能是有影响的；=νAE-nhmax3. 红限（极限频率）已经失去原有的意义，在原来单光子的光电效应下，钠、金、银、钨、镍等需用绿蓝光（甚至紫外光）才能产生光电效应，现在红色（甚至红外）的激光都能使这些金属产生光电效应。
电光效应是指将物质置于电场中时，物质的光学性质发生变化的现象。
比如某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，物质的折射率因外加电场而发生变化。
电光效应包括泡克耳斯效应和克尔效应。
二、普朗克常数h的重要性1900年普朗克为了解释黑体辐射实验，引入了能量交换量子化的假说：εhν=。
其中普朗克常数h的意义是，量子化的量度，即它是不连续性（分立性）程度的量度单位。
普朗克常数的重要性如下。
1. 普朗克常数是量子力学的基石与灵魂纵观量子理论，普朗克常数h 是其基石与灵魂。
只有与它携手，才能跨入量子物理的大门。
只要跨入量子理论的大门，就随处可以看到它的身影。
从经典物理到量子物理，这是质的飞跃。
光电效应测普朗克常数思考题汇总
一、光电效应的定义电子在光的作用下从某些物质表面发射出来的现象称为光电效应。
逸出来的电子称为光电子。
光电效应分为内光电效应和外光电效应。
内光电效应是指被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生电动势的现象。
内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。
外光电效应是指被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。
单光子的光电效应是指某一时刻物质表面的每个电子只吸收一个光子，这也是通常所说的光电效应。
如果单位体积内同时相互作用的能量子的数目大到使得发射光的能量子可以从几个入射能量子中取得能量，即一个电子可以同时吸收两个及两个以上的光子，就称为多光子的光电效应。
在此情况下，光电效应的规律有相应的变化：1. 光电流与入射光强的n 次幕成正比，而不限于线性关系；2. 入射光强决定能否产生n 光子光电效应，由推广的爱因斯坦光电效应方程A nh E -=νmax 可知，它对光电子的最大动能是有影响的；3. 红限（极限频率）已经失去原有的意义，在原来单光子的光电效应下，钠、金、银、钨、镍等需用绿蓝光（甚至紫外光）才能产生光电效应，现在红色（甚至红外）的激光都能使这些金属产生光电效应。
电光效应是指将物质置于电场中时，物质的光学性质发生变化的现象。
比如某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，物质的折射率因外加电场而发生变化。
电光效应包括泡克耳斯效应和克尔效应。
二、光电效应可以测普朗克常数的原理爱因斯坦光电效应方程为A mv h +=2021ν (1) 式中，A 为金属的逸出功，2021mv 为光电子获得的初始动能。
根据该式，入射到金属表面的光频率越高，逸出的光电子动能越大，所以即使光电管阳极电势低于阴极电势时也会有光电子到达阳极形成光电流，直至两极电势差低于截止电压，光电流才为零。
此时有关系20021mv eU =(2) 将(2)式代入(1)式可得 A h eU -=ν0即eA e h U -=ν0 上式表明截止电压0U 是入射光频率ν的线性函数，直线斜率/k h e =。
光电效应实验的常见问题解答
光电效应实验的常见问题解答光电效应是物理学中的一个重要实验现象，也是量子力学的基础之一。
在光电效应实验中，光的电磁波特性与光子粒子性之间的相互作用会引发电子的运动，从而产生电流。
然而，这个实验也常常引发了一些困惑和疑问。
以下是对光电效应实验中常见问题的解答，希望能够帮助读者更好地理解和掌握这一实验。
问题一：“为什么光电效应实验中使用的金属板表面需要光滑？”解答：光电效应实验的关键在于光子与金属表面的相互作用。
光子在照射到金属表面时会将一部分能量转移到金属上的自由电子上，从而使得电子获得足够的能量逃逸出金属。
如果金属表面不光滑，表面的粗糙度会导致光子无法有效地穿过金属表面，从而减弱了光电效应的产生。
因此，为了获得可靠的实验结果，金属板表面需要保持光滑。
问题二：“为什么在光电效应实验中使用紫外线而不是可见光？”解答：在光电效应实验中，紫外线较可见光具有更高的频率和能量。
根据光电效应的基本原理，只有当光子的能量大于金属表面的逸出功（工作函数）时，电子才能获得足够的能量逃逸出金属。
由于紫外线的能量较大，相对于可见光，它的光子能量更容易超过金属表面的逸出功，从而更容易产生光电效应。
因此，在光电效应实验中通常使用紫外线作为照射光源。
问题三：“是否所有金属都可以产生光电效应？”解答：不是所有金属都能产生光电效应。
光电效应的产生需要金属具备一定的特性，包括光电子释放出的电子必须是金属的自由电子，并且金属具有足够低的逸出功。
根据金属的性质，不同的金属具有不同的逸出功。
一般来说，碱金属（如钠、钾）的逸出功较低，因此容易产生光电效应；而过渡金属（如铁、铜）的逸出功较高，因此需要更高能量的光子才能产生光电效应。
总之，并非所有金属都能产生光电效应，而是需要满足特定的条件。
问题四：“为什么光电效应实验中，当逐渐增加光强时，电流也逐渐增大，但增速逐渐减小？”解答：根据光电效应的基本原理，光子的能量越大，对电子的作用力越强，电子获得足够的能量逃逸出金属的概率也越大。
对于光电效应疑难问题的分析与思考
应的解释,仅是 Ag
ＧOＧK 膜作为阴极 材 料 时 的 零 电 场
光电流随入射光频率变化的关系 ．
综上所述,饱和电流的 变 化 是 多 种 因 素 共 同 作 用
的结果,不能 说 在 光 强 一 定 时,饱 和 电 流 与 入 射 光 频
的逸出功 ．
吸收光子 能 量 的 电 子 不 仅 有 金 属 电 子 层 最
外层的自由电子,还有金属 内 部 被 原 子 核 吸 引 的 束 缚
３３
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得 光 子 能 量 发 生 电 离,挣 脱 原 子 核 的 束 缚 成 为 光 电
数并作 平 移,令 ζ ＝l
ν 图 象,如 图 ４
gI ＋１１,作 ζＧ
为了 更 加 明 显 地
表示它们之间的关系,将表 １ 中 的 光 电 流 值 取 常 用 对
３４
目时,一定要考虑题目是否符合自然规律 ．
物理学是一
门发现自然、解 释 自 然 的 科 学,致 力 于 用 精 确 的 语 言
描述世界的本质 ．
所以物理教学本身应充满逻辑性和
科学性,不能为了考查知识 而 强 行 命 制 不 符 合 实 际 现
例 用如图 １ 所示的装置研究光电效应现象,闭
合开关,用频率为ν 的光 照 射 光 电 管 时 发 生 了 光 电 效
应．
图 ２ 是该光电管 发 生 光 电 效 应 时 光 电 子 的 最 大 初
动能 Ek 与入射光 频 率ν 的 关 系 图 象,图 线 与 横 轴 的
交点坐标为(
a,
０),与 纵 轴 的 交 点 坐 标 为(
波长/
频率/
光电效应实验
六.注意事项
1. 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
1.
用线性回归法求U0～n直线的斜率k: k
U 0 2
U 0 2
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:
(1) 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）
(2) 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。
（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。
(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
对光电效应中几个问题的讨论
对光电效应中几个问题的讨论光电效应现象，是光具有粒子性的第一个实验证据，在人类对光的本性认识中占有很重要的地位。
中学物理中编入这一内容，其目的在于引入光子概念，为说明光的粒子性提供依据。
因限于中学阶段物理知识水平，教材不可能详细阐述其产生机理，因此在教学实践中易产生一些模糊认识。
本文就下述几个问题谈谈看法，以供参考。
一、光电子的产生金属及其化合物在光的照射下释放出电子的现象叫光电效应现象，释放出来的电子叫光电子。
光电效应的实验规律必须用爱因斯坦光子理论解释。
在教学中经常遇到学生提问：吸收光子的电子是金属中的什么电子？是束缚电子还是自由电子？这个问题值得考虑。
吸收光子的电子应该是金属中的自由电子，而非束缚电子。
分析如下，如果是束缚电子，根据能量守恒定律，其光电效应方程应为：式中W是电子越过金属表面时克服表面势垒所做的功，E是束缚在某壳层上的电子电离出来所需的能量。
实际上，许多金属的逸出功的值约为2.0—7.0eV，比E的值要小得多，而和W相当。
例如铯的最低电离能约为3.9eV,其逸出功约为1.9eV，如用1.9—3.9eV的光子入能使铯产生光电效应，而不能使铯的束缚电子电离。
很显然逸出的光电子并非是束缚态的电子。
那么电子克服表面势垒所做的功W与逸出的功的关系怎样？在金属表面附近，由于垂直于表面的晶体周期性中断，作用在表面原子内外两侧的力失去平衡，相应的电子密度分布也发生变化，通过表面原子和电子自洽相互作用，使得表面原子和电子分布趋向新的平衡，在表面区出现电偶极层，电子穿越该层区逸出表面时要克服电场力做功。
此功与逸出功的值正好相当。
由上述可知，光电效应中光电子是金属中自由电子吸收了光子的能量而产生的。
当然，如果光子能量大于原子的电离能，则束缚电子也可以成为光电子。
由于普通光电效应中入射光子的能量并非很高，因此不可能使束缚电子逸出。
如若电子能量过高，则会发生康普顿效应而非光电效应。
因为不同能区的光子与金属发生相互作用时会产生不同的效应。
光电效应测定普朗克常量实验报告思考题
光电效应测定普朗克常量实验报告思考题光电效应测定普朗克常量实验报告思考题引言：光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会发射出电子的现象。
这一现象的发现对于量子力学的发展起到了重要的推动作用。
本实验旨在通过测定光电效应的实验数据，来计算出普朗克常量h的数值。
实验方法：实验中我们使用了一块金属板作为光电效应的观测对象。
首先，我们将金属板放置在真空室内，并通过光源照射金属板。
然后，我们使用一个电流计来测量金属板上产生的电流。
我们可以通过改变光源的强度、波长和金属板的电压来观察光电效应的变化。
实验结果：在实验过程中，我们发现光电效应的电流与光源强度和波长有关。
当光源的强度增加时，金属板上的电流也随之增加。
而当光源的波长改变时，金属板上的电流也会发生变化。
这些结果与光电效应的基本原理相符合。
实验讨论：在实验中，我们可以通过测量不同光源强度下的电流来确定光电效应的阈值。
阈值是指光源的最低强度，当光源强度低于该值时，金属板上不会产生电流。
通过测量不同波长下的阈值，我们可以得到普朗克常量h的数值。
然而，在实际操作中，我们发现测量光电效应的阈值并不容易。
首先，光源的强度很难精确控制，因为光源的强度可能会随着时间的变化而发生变化。
其次，金属板的电压也会对光电效应的测量结果产生影响。
当金属板的电压较高时，光电效应的电流会受到电场的影响而减小。
因此，在实际操作中，我们需要仔细控制金属板的电压，以确保测量结果的准确性。
此外，实验中我们还发现光电效应的电流与光源的波长有关。
根据经典物理学的理论，我们可以预测光电效应的电流与光源的波长成反比关系。
然而，在实验中我们观察到了一些异常的现象。
当光源的波长较短时，金属板上的电流并不随着波长的减小而增加。
这可能是由于实验中存在其他因素的影响，例如金属表面的污染或光源的不稳定性。
为了更准确地研究光电效应的规律，我们需要进一步研究这些因素对实验结果的影响。
结论：通过本实验，我们成功观测到了光电效应的现象，并利用实验数据计算出了普朗克常量h的数值。
液晶光电效应(含思考题答案)
课程：专业班号：姓名：学号：同组者：液晶电光效应实验一、实验目的1、了解液晶的特性和基本工作原理；2、掌握一些特性的常用测试方法；3、了解液晶的应用和局限。
二、实验原理：液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。
一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的各向异性。
当光通过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应。
液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。
棍的长度在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。
列方式和天然胆甾(音同淄)相液晶的主要区别是：扭曲向列的扭曲角是人为可控的，且“螺距”与两个基片的间距和扭曲角有关。
而天然胆甾相液晶的螺距一般不足1um，不能人为控制。
扭曲向列排列的液晶对入射光会有一个重要的作用，他会使入射的线偏振光的偏振方向顺着分子的扭曲方向旋转，类似于物质的旋光效应。
在一般条件下旋转的角度(扭曲角)等于两基片之间的取向夹角。
由于液晶分子的结构特性,其极化率和电导率等都具有各向异性的特点，当大量液晶分子有规律的排列时,其总体的电学和光学特性,如介电常数、折射率也将呈现出各向异性的特点。
如果我们对液晶物质施加电场，就可能改变分子排列的规律。
从而使液晶材料的光学特性发生改变，1963年有人发现了这种现象。
这就是液晶的的电光效应。
为了对液晶施加电场，我们在两个玻璃基片的内侧镀了一层透明电极。
我们将这个由基片电极、取向膜、液晶和密封结构组成的结构叫做液晶盒。
当我们在液晶盒的两个电极之间加上一个适当的电压时我们来看一下液晶分子会发生什么变化。
根据液晶分子的结构特点。
我们假定液晶分子没有固定的电极。
但可被外电场极化形成一种感生电极矩。
这个感生电极矩也会有一个自己的方向，当这个方向以外电场的方向不同时，外电场就会使液晶分子发生转动，直到各种互相作用力达到平衡。
液晶分子在外电场作用下的变化，也将引起液晶合中液晶分子的总体排列规律发生变化。
光电效应测定普朗克常量实验报告思考题
光电效应测定普朗克常量实验报告思考题实验报告光电效应测定普朗克常量实验目的：通过测定光电效应中电子的最大动能，确定波长和光强不同的光对材料的逸出功。
再将电子最大动能与光的频率作图，得出普朗克常量。
实验器材：汞灯、单色光滤片、电子倍增器、电位差相差放大器、测量电池、导线、电源，等。
实验原理：光电效应是女王物理学的重要实验之一。
电子最早是在金属中发现的。
当光射到金属上时，电子从金属表面逸出。
研究表明，如果把波长不同、但光强相等（I=常数），且在材料的不同表面逆向衰减的光照射在金属表面上，则引起的电子的动能也是不同的。
当光波长变短时，它的光子含能量增加，电子动能也会增加。
但是，当光波长小到一定极限时，即使光强再大，电子也不会从金属表面逸出。
这个极限波长与材料的逸出功有关。
公式：hν=KEmax+W其中，h是普朗克常量，ν是光的频率，KEmax是电子的最大动能，W是光电子材料的逸出功。
在实验中，由于工艺条件、材料的不同，逸出功一般都不同，但如果用固定波长的光照射金属，光照射金属表面的光强增加时，逸出光电子的动能也会随之增加，不过当动能KEmax达到一定值时，逸出光电子动能就不增加了，这一最大值与光子的频率有关。
实验步骤：1. 先将实验器材安装好,并连接好电路。
2. 利用单色光滤片选出一定波长的单色光，将汞灯的光照射至检波器上，调整电压至最小值，从数据检测设备上读出最小值。
3. 用单色光滤片阻挡掉特定波长的光，读出数据检测设备上电流值的增加量，记录下数据。
4. 得到不同波长的单色光下的最小电压和给定的电流值。
结论：根据实验结果，我们可以得到电压和波长（λ）的散点图，由这个图像再采用拟合直线的方法得到斜率，即为普朗克常量。
根据实验得到的散点图，我们可以总结出精确的电压值，λ的波长值，最后提取斜率即可。
最终，我们可以得到实验值与理论值及其误差。
光电效应实验思考题
1.什么是光电效应？光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。
这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。
光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。
前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。
后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。
只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸出光电子，发生光电效应。
当在金属外面加一个闭合电路，加上正向电源，这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的光电流。
在入射光一定时，增大光电管两极的正向电压，提高光电子的动能，光电流会随之增大。
但光电流不会无限增大，要受到光电子数量的约束，有一个最大值，这个值叫饱和电流。
所以，当入射光强度增大时，根据光子假设，入射光的强度（即单位时间内通过单位垂直面积的光能）决定于单位时间里通过单位垂直面积的光子数，单位时间里通过金属表面的光子数也就增多，于是，光子与金属中的电子碰撞次数也增多，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也增多，电流也随之增大。
2.普朗克常量h的重要性普朗克常数是一个物理常数，用以描述量子大小。
在原子物理学与量子力学中占有重要的角色，马克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现，只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，计算的结果才能和试验结果是相符。
这样的一份能量叫能量子，每一份能量子等普朗克常数乘以辐射电磁波的频率。
就普朗克常数h的意义，物理学家金斯曾说过这样一段话：“虽然h的数值很小，但是我们应当承认它是关系到保证宇宙的存在的．如果说h严格地等于零，那么宇宙间的物质能量将在十亿万之一秒的时间内全部变为辐射．”普朗克常数引入后，以普朗克常数为根本特征的量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法，物理学理论发生了巨大变革，使人类认识由低速宏观领域扩展到高速微观领域．h的提出引出了一系列解释性假说，促进了量子论的建立与推广，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础，并且这些科研成果在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用．可以说，h的出现具有划时代的重大意义．3.光电效应的历史：光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用。
光电效应实验思考题
光电效应1. 什么是光电效应答：（1）光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转转成电能。
这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（2）定义：定义1：物质由于吸收光子而产生电的现象。
定义2：物质在光的作用下发射电子或电导率改变，或者两种材料的界面上产生电势的现象。
（3）分类：A. 外光电效应：外光电效应是指物质受光照后而激发的电子逸出物质的表面，在外电场作用下形成真空中的光电子流。
这种效应多发生于金属和金属氧化物。
B. 内光电效应：内光电效应是指受光照而激发的电子在物质内部参与导电，电子并不逸出光敏物质表面。
这种效应多发生于半导体内。
内光电效应又可分为光电导效应、光生伏特效应、丹倍效应和光磁电效应等。
2.光电效应为什么可以测普朗克常数h ？答：爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为 υ的光波，每个光子的能量为υh E =式中， 为普朗克常数，它的公认值是 =6.626 。
按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。
爱因斯坦提出了著名的光电方程：W mv 21h 2+=υ （1）式中，υ为入射光的频率， 为电子的质量， 为光电子逸出金属表面的初速度，为被光线照射的金属材料的逸出功， 为从金属逸出的光电子的最大初动能。
由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。
这个相对于阴极为负值的阳极电位被称为光电效应的截止电压。
显然，有（2）代入（1）式，即有W eU h 0+=υ （3）由上式可知，若光电子能量 W <υh ，则不能产生光电子。
产生光电效应的最低频率是 hW =0υ，通常称为光电效应的截止频率。
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1.什么是光电效应？光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。
这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。
光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。
前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。
后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。
只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸出光电子，发生光电效应。
当在金属外面加一个闭合电路，加上正向电源，这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的光电流。
在入射光一定时，增大光电管两极的正向电压，提高光电子的动能，光电流会随之增大。
但光电流不会无限增大，要受到光电子数量的约束，有一个最大值，这个值叫饱和电流。
所以，当入射光强度增大时，根据光子假设，入射光的强度（即单位时间内通过单位垂直面积的光能）决定于单位时间里通过单位垂直面积的光子数，单位时间里通过金属表面的光子数也就增多，于是，光子与金属中的电子碰撞次数也增多，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也增多，电流也随之增大。
2.普朗克常量h的重要性普朗克常数是一个物理常数，用以描述量子大小。
在原子物理学与量子力学中占有重要的角色，马克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现，只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，计算的结果才能和试验结果是相符。
这样的一份能量叫能量子，每一份能量子等普朗克常数乘以辐射电磁波的频率。
就普朗克常数h的意义，物理学家金斯曾说过这样一段话：“虽然h的数值很小，但是我们应当承认它是关系到保证宇宙的存在的．如果说h严格地等于零，那么宇宙间的物质能量将在十亿万之一秒的时间内全部变为辐射．”普朗克常数引入后，以普朗克常数为根本特征的量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法，物理学理论发生了巨大变革，使人类认识由低速宏观领域扩展到高速微观领域．h的提出引出了一系列解释性假说，促进了量子论的建立与推广，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础，并且这些科研成果在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用．可以说，h的出现具有划时代的重大意义．3.光电效应的历史：光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用。
1887年，首先是赫兹（M.Hertz）在证明波动理论实验中首次发现的。
当时，赫兹发现两个锌质小球之一用紫外线照射，则在两个小球之间就非常容易跳过电花。
大约1900年，马克思•普朗克（Max Planck）对光电效应作出最初解释，并引出了光具有的能量包裹式能量（quantised）这一理论。
他给这一理论归咎成一个等式，也就是 E=hf ，E就是光所具有的“包裹式”能量h是一个常数，统称布兰科（普朗克）常数（Planck's constant），而f就是光源的频率。
也就是说，光能的强弱是有其频率而决定的。
但就是布兰科（普朗克）自己对于光线是包裹式的说法也不太肯定。
1902年，勒纳（Lenard)也对其进行了研究，指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。
但无法根据当时的理论加以解释。
1905年，爱因斯坦26岁时提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。
他进一步推广了布兰科的理论并导出公式Ek=hf-W，W便是所需将电子从金属表面上自由化的能量。
而Ek就是电子自由后具有的动能。
一、光电效应的原理1905了光子的概念。
他认为光是一种微粒—光v的光子具有能量ε=hV，h为普朗克常量。
根据这一理论，当金属中的电子吸收一个频率为V hV，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功WhV= ½ mvˆ 2—W （1m和v是光电子的质量和最大速度，½ mvˆ 2是光电子逸出表面后所具有的最大动能。
它说明光子能量hV小于W时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生，产生光电效应的入射光最低频率V0=W/h，称为光电效应的极限频率，又称红限。
不同的金属材料有不同的脱出功，因而V0也是不同的。
我们在实验中将采用“减速电势法”进行测量并求出普朗克常量h。
当单色光入射到光电管的阴极K上时，如有光电子逸出，则当阳极A加正电势，K加负电势时，光电子就被加速，而当K加正电势，A加负电势时，光电子就被减速。
当A、K之间所加电压U足够大时，光电流达到饱和值Im，当U≤-U0 并满足方程eU0 = ½ mvˆ 2 (2) 时，光电流将为零，此时的U0称为截止电压。
光电流与所加电压的关系如图2所示。
将式（2）代入式（1）可得eU0 = hV—W，即 U0 = （h/e）V—W/e (3) , 它表示U0与V间存在线性关系,其斜率等于h/e , 因而可以从对U0与V的数据分析中求出普朗克常量h。
实际实验时测不出U0 ,测得的是U0与导线和阴极间的正向接触电势差Uc之差U0'即测得的U0'是U0'= U0-Uc 将此式代入式(3),可得U0' =（h/e）V—(Uc+W/e) (4)由于Uc是不随v而变的常量,所以U0' 与V间也是线性关系。
测量不同频率光的U0'值，可求得此线性关系的斜率b由于 b=h/e ，所以 h=be (5) ，即从测量数据求出斜率b乘以电子电荷e=1.602×10-19C，就可求出普朗克常量h。
4.其他测普朗克常量的方法：1)X射线光电效应法：罗宾孙（Robinson）在1940年以波长为λ的X射线，把电子从临界吸收波长为的原子能级中释放出来，并在磁感效应强度B的磁场中使电子偏离，设其曲率半径为ρ，则(5-4)但这种方法求出的值，其不确定度仅有2)X射线原子游离法：设恰好使原子电离的X射线的能量为，由于X射线的能量被吸收，致使吸收光谱出现尖锐的边界，边界的波长为，则有。
由于此方法需用晶体衍射法测量X射线的波长，因此必须取X射线单位，而且计算时离不开西班格(Siegbahn)因子Λ。
3)黑体辐射计算法：这是普朗克最初采用的方法，他根据斯特藩(Stefan)公式和维恩位移定律求出普朗克常量。
他假设有的黑体在不同温度（可取=100℃，=0℃）下每秒辐射到空气的能量分别为和，把两者之差与空间的总能量密度比较，得：(5-5)其中c为光速。
由维恩位移定律可得到能量最大的波长：(5-6)其中。
由上两式及λT的测量值，普朗克得到近代测量普朗克常量的几种方法1)测定的交流约瑟夫森效应法：约瑟夫森(B.D.Josephson)于1962年提出，两块超导体构成弱耦合时将会出现电子隧道效应。
如果在这两块超导体上加一直流电压，就会出现隧道电流，超流电子对能够无阻碍地通过绝缘层或桥，这就是所谓直流约瑟夫森效应；而交流约瑟夫森效应是指这一弱耦合的超导体，具有吸收或发射电磁波的特性，其电磁波的频率与电压U的关系为：，系数称为约瑟夫森常数，这很像一个电压频率转换器。
经过弱耦合的超导体会形成约瑟夫森结。
如果在超导结上照射频率为的微波辐射，则在结的两侧将形成的电压台阶，其中n取正整数。
通过约瑟夫森结的频率-电压关系，可以精确测定约瑟夫森常数值，但由于中还包含有基本电荷值，尽管已达到以下的精度，但1973年基本物理常数平差得出的普朗克常量仍有的不确定度，其值为：2)测定的量子霍尔效应法：冯·克利青(K.von Klitzing)于1980年从金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)发现量子霍尔效应，随后他用不同类型的硅MOSFET管在强磁场和深低温下测出霍尔电阻，它随栅压变化的曲线上出现一系列平台，与平台相应的霍尔电阻等于，其中i是正整数。
把称为冯·克利青常数，，有了量子霍尔效应，普朗克常量和基本电荷的测定又一次登上新的台阶，由和，可得到和，所以，1986年在最新一轮的基本物理常数的平差中，普朗克常量的不确定度下降为，数值等于。
但这一结果仍要受到计量标准不统一的影响，当测量值换算为SI制时，还应考虑转换因子的不确定度。
3)直接测定的通电动圈法：英国国家物理实验室(NPL)的基布尔(B.Kibble)等人使用的这种方法，被认为是在直接测定普朗克常量的方法中比较精确的一种，他们用动量装置定义电功率瓦特的SI单位，用交流约瑟夫森效应和量子霍尔效应测电动势和电阻，不经电压转换因子和电阻转换因子，直接求出了。
实验时将通电矩形线圈悬于精密天平的一端，使动圈中部处在磁感应强度为B的均匀水平磁场中，通电流i后，由于安培力作用，需在天平上加质量为m的砝码，设动圈受力部分长度为l，有：，再令动圈以匀速v垂直下降，则感应出电动势，把上两式结合消去B、l，得：（5-7）在实际测量时，要注意（5-7）式两端的测量标准各不同，右端用SI制，而左端用英国国家实验室的电流、电压标准，分别以和表示，因此功率。
其中表示功率的转换因子，它等于（5-8）用交流约瑟夫森效应和量子霍尔效应测的分别是电压和电阻，涉及电压转换因子和电阻转换因子，而，，，由于，，，所以（5-9）从（5-8）式求出代入（5-9）式就可以由约瑟夫森常数和冯·克利青常数直接计算出。
基布尔等人在1990年报告的测量结果是：，不确定度为，这比1986年平差结果精确度提高了4倍。
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