光电管伏安特性测试
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光电效应与普朗克常数
• 实验目的 • 实验原理 • 实验内容 • 思考题
实验目的
1、通过光电效应实验了解光的量子性。 2、测量光电管的弱电流特性，找出不同光
频率下的截止电压。 3、验证爱因斯坦方程，并由此求出普朗克
常数。
实验原理
量子论是近代物理的基础之一，而光电效应则可以给予量子论以直观鲜明的物理 解释，随着科学技术的发展，光电效应已广泛用于工农业生产、国防和许多 科技领域。普朗克常数公认值为h=6.62919×10-34JS，是自然界中一个很重要 的普适常数，它可以用光电效应法简单而又较准确地求出，所以，进行光电 效应实验并通过实验求取普朗克常数有助于学生理解量子理论和更好地认识h 这个普适常数。
实验原理
原理图
实验内容
一、测量准备 1.预热；2.调整距离；3.连线。
二、测量截止电压 1.选取“截止电压测试”并调零； 2.放置光阑、滤光片； 3.调节电压，观察电流变化，并记录电流为零时 的电压值，即截止电压； 4.更换滤光片，并记录相应的截止电压。
三、光电管伏安特性测试 1.选取并放置光阑、滤光片； 2.改变电压值，记录电压与相应的电流值。
实验原理
1905年，.A.爱因斯坦大胆地把1900年M.普朗克在进行黑体辐射研究 过程中提出的辐射能量不连续观点应用于光辐射，提出“光量子” 概念，从而给光电效应以正确的理论解释。 对于爱因斯坦的假设，许多学者（诸如剑桥大学的A.体斯，普 林斯顿大学的Q.理查逊，K.T.康普顿等）都做了许多工作，企图 验证爱因斯坦的正确性。然而卓有成效的工作应该属于芝加哥大 学莱尔逊实验室研究的R.A.密立根，他从1905年爱因斯坦的论文 问世后即对光电效应开展全面的详尽的实验研究，经过十年艰苦 卓越的工作，1916年密里根发表了详细的论文，证实了爱因斯坦 方程的正确，并精确测出了普朗克常数h=6.56×10-27crg.scc.它 与M.普朗克按绝对黑体辐射律中的常数计算完全一致。
思考题
1、简述光电效应 2、使用不同的光阑孔 频率（f）和截止电
压（Vs）曲线有什么变化
1887年H.赫兹在验证电磁波存在时意外发现，一束光入射到金属表面，会有 电子从金属表面溢出，这个物理现象被称为光电效应。
1888年以后，W.哈耳瓦克斯，A.T.斯托列托夫.P.勒纳德等人对光电效应作了长 时间的研究，并总结出了光电效应的基本实验事实（1）光电发射率与光强成 正比；（2）光电效应存在一个阈频率（或称截止频率），当入射光的频率低 于某一阈值υ时，不论光的强度如何，都没有电子产生；（3）光电子的动能 与光强无关，但与入射的频率成正比；（4）光电效应是瞬时效应，一经光线 照射，立刻产生光电子，然而麦克斯韦的经典理论无法对上述实验事实作出 完整的解释。
A.爱因斯坦和R.A密立根都因光电效应等方面的贡献，分别于1921年 和1923年获得了诺贝尔奖金。
实验原理
• 爱因斯坦认为一点发出的光不是按麦克斯韦电磁学说指出的那样 以连续分布的形式把能量传播到空间，而是频率为υ的光以hυ为 能量单位（光量子）的形式一份一份地向外辐射。至于光电效应， 是具有能量为hυ的一个光子作用于金属中的一个自由电子，并把 它的全部能量交给这个电子造成的。如果电子脱离金属表面耗费 的能量为Ws 的话，则由光电效应打出速度V的电子的动能为
• 显然，此时有eUs-1/2mV2=0 • 代入（1）式即有eUs=hυ- Ws
（2） （3）
实验原理
由于金属材料的溢出功Ws是金属的固有属性，对于给定
的金属材料Ws是一定值，它与入射光的频率无关，令
Ws=hυ0 ，υ0为频率，即具有频率υ0的光子恰恰具有 溢出功Ws。而没有多余的动能，将（3）式改定为
• E=hυ-Ws,或1/2mV2=hυ-Ws
（1）
• 其中：h-普朗克常数公认值为6.62916×10-34J.scc
• υ-入射光的频率
• m-电子的质量
• V-光电子逸出金属表面时的初速度
• Ws-受电子照射的金属的逸出功（或功函数）
实验原理
• 在式（1）中，1/2mV2是没有受到电荷阻止，从金属中 逸出的电子的最大初动能。由（1）式可见，入射到金 属表面的光频率越高，逸出的电子最大初动能必然也 越大，正因为光电子具有很大初动能，所以即使阳极 不加电压也会有光电子落入而形成电流，甚至阳极相 对于阴极的电位低时也会有光电子落到阳极，直到阳 极电位低于某一个数值时，光电子都不能到达阳极， 光电流为零 。这个相对于阴极为负值的阳极电位Us被 称为光电效应的截止电位（或截止电压）。
Us=hυ/e-Ws/e=h(υ-υ0)/e
Байду номын сангаас
（4）
（4）式表明，截止电压Us是入射光频率υ的线性函数， 当入射光的频率υ=υ0时，截止电压Us=0时，没有光电 子释放出。上式的斜率k=h/e是一个正常数。
h=ek
（5）
可见，只要用实验方法作出不同频率下的Us-υ曲线，并求出本曲线 的斜率K，就可以通过（5）式求出普朗克常数h的数值，其中 e=1.60×10-19c是电子电荷量。
• 实验目的 • 实验原理 • 实验内容 • 思考题
实验目的
1、通过光电效应实验了解光的量子性。 2、测量光电管的弱电流特性，找出不同光
频率下的截止电压。 3、验证爱因斯坦方程，并由此求出普朗克
常数。
实验原理
量子论是近代物理的基础之一，而光电效应则可以给予量子论以直观鲜明的物理 解释，随着科学技术的发展，光电效应已广泛用于工农业生产、国防和许多 科技领域。普朗克常数公认值为h=6.62919×10-34JS，是自然界中一个很重要 的普适常数，它可以用光电效应法简单而又较准确地求出，所以，进行光电 效应实验并通过实验求取普朗克常数有助于学生理解量子理论和更好地认识h 这个普适常数。
实验原理
原理图
实验内容
一、测量准备 1.预热；2.调整距离；3.连线。
二、测量截止电压 1.选取“截止电压测试”并调零； 2.放置光阑、滤光片； 3.调节电压，观察电流变化，并记录电流为零时 的电压值，即截止电压； 4.更换滤光片，并记录相应的截止电压。
三、光电管伏安特性测试 1.选取并放置光阑、滤光片； 2.改变电压值，记录电压与相应的电流值。
实验原理
1905年，.A.爱因斯坦大胆地把1900年M.普朗克在进行黑体辐射研究 过程中提出的辐射能量不连续观点应用于光辐射，提出“光量子” 概念，从而给光电效应以正确的理论解释。 对于爱因斯坦的假设，许多学者（诸如剑桥大学的A.体斯，普 林斯顿大学的Q.理查逊，K.T.康普顿等）都做了许多工作，企图 验证爱因斯坦的正确性。然而卓有成效的工作应该属于芝加哥大 学莱尔逊实验室研究的R.A.密立根，他从1905年爱因斯坦的论文 问世后即对光电效应开展全面的详尽的实验研究，经过十年艰苦 卓越的工作，1916年密里根发表了详细的论文，证实了爱因斯坦 方程的正确，并精确测出了普朗克常数h=6.56×10-27crg.scc.它 与M.普朗克按绝对黑体辐射律中的常数计算完全一致。
思考题
1、简述光电效应 2、使用不同的光阑孔 频率（f）和截止电
压（Vs）曲线有什么变化
1887年H.赫兹在验证电磁波存在时意外发现，一束光入射到金属表面，会有 电子从金属表面溢出，这个物理现象被称为光电效应。
1888年以后，W.哈耳瓦克斯，A.T.斯托列托夫.P.勒纳德等人对光电效应作了长 时间的研究，并总结出了光电效应的基本实验事实（1）光电发射率与光强成 正比；（2）光电效应存在一个阈频率（或称截止频率），当入射光的频率低 于某一阈值υ时，不论光的强度如何，都没有电子产生；（3）光电子的动能 与光强无关，但与入射的频率成正比；（4）光电效应是瞬时效应，一经光线 照射，立刻产生光电子，然而麦克斯韦的经典理论无法对上述实验事实作出 完整的解释。
A.爱因斯坦和R.A密立根都因光电效应等方面的贡献，分别于1921年 和1923年获得了诺贝尔奖金。
实验原理
• 爱因斯坦认为一点发出的光不是按麦克斯韦电磁学说指出的那样 以连续分布的形式把能量传播到空间，而是频率为υ的光以hυ为 能量单位（光量子）的形式一份一份地向外辐射。至于光电效应， 是具有能量为hυ的一个光子作用于金属中的一个自由电子，并把 它的全部能量交给这个电子造成的。如果电子脱离金属表面耗费 的能量为Ws 的话，则由光电效应打出速度V的电子的动能为
• 显然，此时有eUs-1/2mV2=0 • 代入（1）式即有eUs=hυ- Ws
（2） （3）
实验原理
由于金属材料的溢出功Ws是金属的固有属性，对于给定
的金属材料Ws是一定值，它与入射光的频率无关，令
Ws=hυ0 ，υ0为频率，即具有频率υ0的光子恰恰具有 溢出功Ws。而没有多余的动能，将（3）式改定为
• E=hυ-Ws,或1/2mV2=hυ-Ws
（1）
• 其中：h-普朗克常数公认值为6.62916×10-34J.scc
• υ-入射光的频率
• m-电子的质量
• V-光电子逸出金属表面时的初速度
• Ws-受电子照射的金属的逸出功（或功函数）
实验原理
• 在式（1）中，1/2mV2是没有受到电荷阻止，从金属中 逸出的电子的最大初动能。由（1）式可见，入射到金 属表面的光频率越高，逸出的电子最大初动能必然也 越大，正因为光电子具有很大初动能，所以即使阳极 不加电压也会有光电子落入而形成电流，甚至阳极相 对于阴极的电位低时也会有光电子落到阳极，直到阳 极电位低于某一个数值时，光电子都不能到达阳极， 光电流为零 。这个相对于阴极为负值的阳极电位Us被 称为光电效应的截止电位（或截止电压）。
Us=hυ/e-Ws/e=h(υ-υ0)/e
Байду номын сангаас
（4）
（4）式表明，截止电压Us是入射光频率υ的线性函数， 当入射光的频率υ=υ0时，截止电压Us=0时，没有光电 子释放出。上式的斜率k=h/e是一个正常数。
h=ek
（5）
可见，只要用实验方法作出不同频率下的Us-υ曲线，并求出本曲线 的斜率K，就可以通过（5）式求出普朗克常数h的数值，其中 e=1.60×10-19c是电子电荷量。