大学物理实验光电效应1
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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
Us的确定
I I
Is
Us
拐点
Is
Us
U
拐点
U
Us曲线的拟合
x( )
y(U s )
——最小二乘法
x1 (1 )
x2 ( 2 )
x3 ( 3 ) y3 (U s3 )
x4 ( 4 ) y4 (U s 4 )
y1 (U s1 ) y2 (U s 2 )
U s b a
b
x y xy
1 2 h Ws mm 2
h 6.6262 1034 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
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。
405nm伏安特性曲线 3000 2500 2000 1500
I（pA）
I（pA）
1000 500
系列1
1000 500 0 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 -500 0
系列1
0 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 -500 -1000 U（V） 0
-1000 U（V）
436nm伏安特性曲线 3000 2500 2000
h 6.672 1034 J S
Ws 1.99 10 J
19
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。
将
反 向
Ws 0 h
光电流
1 2 h W m 代入 s m 2
得到
h h Us 0 e e
h h Us 0 e e
U s b a
Why
通过实验中测量不同频率下的 U s ，作出 U s 曲线 如果是一条直线，就从实验上验证了爱因斯坦方程
U s (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
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 （坐标纸描点作图） 3.用作图法或最小二乘法求斜率b
U s (V)
2.5 2
5.49 1.15
6.88 1.35
Us频率曲线
7.41 1.95
8.22 2.25
Us（V）
1.5 系列1 1 0.5 0 0 1 2 3 4 5 频率（10^14Hz） 6 7 8 9
Us 0.417 10 1.244
14
0 2.98 1014 Hz
2 x x 2
a y bx
1 n y yi n i 1
1 n x xi n i 1
1 n xy xi yi n i 1
1 n 2 x xi n i 1
2
做U
0
s
曲线
4.然后计算普朗克常数h、逸出功 Ws 和截止频率
误差
相对误差Er 测量值x 真值x0 真值x0 100%
Er 5%
h 6.626 0.33 10 J S
34
回答问题：思考题1
365nm伏安特性曲线 3000 2500 2000 1500
时才逸出光电子
光电效应基本规律
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
1 2 h Ws mm 2
h 6.6262 1034 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。
1 2 h Ws mm 2
若
h Ws 0 则没有光电子逸出
Ws 即光电效应存在一截止频率 0 h
只有当
0
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。 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
1 eU s m 2 2
546nm伏安特性曲线 3000 2500 2000 1500
I（pA）
I（pA）
1500 1000 500
系列1
1000 500 0
系列1
0 -3 -2.5 -2 -1.5 U（V） -1 -0.5 -500 0
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5 -500 -1000
0
U（V）
(1014 Hz)
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。 2.Leabharlann Baidu证爱因斯坦光电方程，测量普朗克常数。
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
Us的确定
I I
Is
Us
拐点
Is
Us
U
拐点
U
Us曲线的拟合
x( )
y(U s )
——最小二乘法
x1 (1 )
x2 ( 2 )
x3 ( 3 ) y3 (U s3 )
x4 ( 4 ) y4 (U s 4 )
y1 (U s1 ) y2 (U s 2 )
U s b a
b
x y xy
1 2 h Ws mm 2
h 6.6262 1034 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
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。
405nm伏安特性曲线 3000 2500 2000 1500
I（pA）
I（pA）
1000 500
系列1
1000 500 0 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 -500 0
系列1
0 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 -500 -1000 U（V） 0
-1000 U（V）
436nm伏安特性曲线 3000 2500 2000
h 6.672 1034 J S
Ws 1.99 10 J
19
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。
将
反 向
Ws 0 h
光电流
1 2 h W m 代入 s m 2
得到
h h Us 0 e e
h h Us 0 e e
U s b a
Why
通过实验中测量不同频率下的 U s ，作出 U s 曲线 如果是一条直线，就从实验上验证了爱因斯坦方程
U s (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
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 （坐标纸描点作图） 3.用作图法或最小二乘法求斜率b
U s (V)
2.5 2
5.49 1.15
6.88 1.35
Us频率曲线
7.41 1.95
8.22 2.25
Us（V）
1.5 系列1 1 0.5 0 0 1 2 3 4 5 频率（10^14Hz） 6 7 8 9
Us 0.417 10 1.244
14
0 2.98 1014 Hz
2 x x 2
a y bx
1 n y yi n i 1
1 n x xi n i 1
1 n xy xi yi n i 1
1 n 2 x xi n i 1
2
做U
0
s
曲线
4.然后计算普朗克常数h、逸出功 Ws 和截止频率
误差
相对误差Er 测量值x 真值x0 真值x0 100%
Er 5%
h 6.626 0.33 10 J S
34
回答问题：思考题1
365nm伏安特性曲线 3000 2500 2000 1500
时才逸出光电子
光电效应基本规律
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
1 2 h Ws mm 2
h 6.6262 1034 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。
1 2 h Ws mm 2
若
h Ws 0 则没有光电子逸出
Ws 即光电效应存在一截止频率 0 h
只有当
0
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。 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
1 eU s m 2 2
546nm伏安特性曲线 3000 2500 2000 1500
I（pA）
I（pA）
1500 1000 500
系列1
1000 500 0
系列1
0 -3 -2.5 -2 -1.5 U（V） -1 -0.5 -500 0
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5 -500 -1000
0
U（V）
(1014 Hz)
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。 2.Leabharlann Baidu证爱因斯坦光电方程，测量普朗克常数。