大学物理实验光电效应1

h
Ws

1 2
mm2
h 6.62621034 J S
普朗克常量h是一个重要的物理常量。凡是涉及 到h的物理现象都是量子现象。
h
Ws

1 2
mm2
若 h Ws 0 则没有光电子逸出
即光电效应存在一截止频率
0

Ws h
只有当 0 时才逸出光电子
光电效应基本规律
-1
-0.5
0
-500
U（V）
436nm伏安特性曲线
-1000
3000
2500
-2.5
-2
-1.5
-1
U（V）
3000
2500
2000
1500
1000
500
-0.5
0
0 -500
-1000
系列1
546nm伏安特性曲线
3000 2500
2000
2000
I（pA）
1500
1500
I（pA）
1000
系列1
2.验证爱因斯坦光电方程，测量普朗克常数。
h
Ws

1 2
mm2
h 6.62621034 J S
何为光电效应……
当光照射在物体上时，光的能量只有部分以 热的形式被物体所吸收，而另一部分则转换为物 体中某些电子的能量，使这些电子逸出物体表面， 这种现象称为光电效应。
爱因斯坦光子假说
实验后期数据处理
1.做各波长的I~U曲线（记录数据电脑作图），用反向电流趋
向饱和的拐点电位作为该波长的光对应的截止电压 U s (拐点
电位的确定)
2.四个截止电压 U s 和分别对应的入射光频率 做 U s 曲线
（坐标纸描点作图） 3.用作图法或最小二乘法求斜率b
4.然后计算普朗克常数h、逸出功 Ws 和截止频率 0
Why
如果是一条直线，就从实验上验证了爱因斯坦方程
Us (V)
由直线的斜率 b h e
可以求出普朗克常量h
0
(1014 Hz)
Ws e
实验步骤
1.仪器调零
2.选择好某一波长的入射光，自动或手动方法测 量I随U变化的数据，并记录（前三次自动，第 四次手动） 3.更换滤色片，选择其它波长，重复第2项的实 验内容
Us的确定
I
Is
Us
拐点
Us
U
拐点
I
Is
U
Us曲线的拟合 ——最小二乘法
x( )
y(Us )
x1(1) x2 ( 2 )
y1(U s1) y2 (U s2 )
x3 ( 3 )
y3 (U s3 )
x4 ( 4 )
y4 (U s4 )
Us b ห้องสมุดไป่ตู้ a
b x y xy
x 2 x2
表面上看起来连续的光波是量子化的。单色 光由大量不连续的光子组成。
若单色光频率为 ，那么每个光子的能量为
E h
光电效应的机理
当光照射到金属表面时，被原子束缚的某个
电子全部吸收一个光子的能量 h ，这个能量的一
部分消耗在从金属表面逸出时克服金属内正电荷 的吸引做的功（逸出功），一部分成为电子刚逸 出金属表面时的最大初动能。逸出功与金属的种 类有关，若以 Ws 表示，则爱因斯坦方程为
x

1 n
n i 1
xi
a y bx
y

1 n
n i 1
yi
xy

1 n
n i 1
xi yi
x2

1 n
n i 1
xi2
精品课件！
精品课件！
计算公式
h be
Ws ae
0


a b
e 1.61019 C
Us b a
Us

h
e

h e
误差
相对误差Er

测量值x 真值x0 真值x0
100%
Er 5%
h 6.626 0.331034 J S
回答问题：思考题1
365nm伏安特性曲线
405nm伏安特性曲线
I（pA）
3000
2500
2000
I（pA）
1500
1000
系列1
500
-3
0
-3
-2.5
-2
-1.5
1
0.5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
频率（10^14Hz）
Us（V）
Us 0.417 10 14 1.244
h 6.6721034 J S
0 2.981014 Hz
Ws 1.99 1019 J
饱和光电流
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。光电流的大小要受到光电子数量的约束， 有一个最大值，这个值就是饱和电流。
1000
系列1
500
0
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
-500
U（V）
500
0
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
-500
U（V）
-1000
(1014 Hz) 5.49 6.88 7.41 8.22 Us (V) 1.15 1.35 1.95 2.25
Us频率曲线 2.5
2
1.5 系列1
实验仪器
高压汞灯，滤色片，光电管及光电管暗盒， MCPH20型光电效应试验仪
仪器的连接
1.如88页图3.13-4连接电路 2.将高压汞灯出光口的高度调节和光电管暗盒入光 口等高 3.高压汞灯距离光电管暗盒30~35cm对齐放好，不 要再动
实验目的
1.了解光电效应的基本规律，加深对光的量子性的 理解。
光电效应作为信号转换的一种重要方式，已 制成光电管、光电倍增管等器中，广泛地应用在 工农业生产、科教文卫和国防建设众多领域中。
实验原理
eU s

1 2
m 2
将
0

Ws h
代入
h
Ws

1 2
mm2
反 向
光电流
得到
Us

h
e

h e

0
Us

h
e

h e

0
Us b a
通过实验中测量不同频率下的 U s ，作出 U s 曲线
1.光电效应存在一个阈频率(截止频率)，当入射光的
频率 低于某一阈值 0 时，不论光强如何，都没有
光电子产生
2.饱和光电流与光强成正比
3.光电子的动能与光强无关，但与入射光的频率成正 比
4.光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光 电子
光电效应的重要意义
光子概念的提出，揭示出光具有波粒二象性， 使人们对光的本性认识有了一个新的飞跃，对物 理学的发展，特别是量子理论的建立，具有重要 的意义。

0
Us (V)
Ws e
0
(1014 Hz)