光电效应综合演示仪

光电效应综合演示仪

常州市第一中学卜方沈丽华

一、“光电效应”简介：

光电效应是指照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。这种现象是1887年赫兹研究电磁波时发现的，1905年爱因斯坦提出“光子说”，并用光电效应方程成功解释了这一实验现象。而后，美国物理学家密立根用实验证实了爱因斯坦的光电子理论，并测定了普朗克常量。爱因斯坦与密立根都因光电效应方面的杰出贡献分别获得1921年和1923年的诺贝尔物理学奖。

光子像其他粒子一样，也具有能量。光电效应显示了光的粒子性，这对光的本性来说意义重大。

如今光电效应已经广泛地应用于各个科技领域。如利用光电效应制成的光电管、光电池、光电倍增管等光电转换器件,把光学量转换成电学量来测量，已成为石油钻井、传真电报、自动控制等生产和科研中不可缺少的元件。

二、自制“光电效应综合演示仪”介绍：

1、利用该仪器演示光电效应的产生：

这是一个光电管，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极。把阴极K和阳极A分别与微安表的正负接线柱相连，构成如图1所示的回路。用一束白光照射阴极K，发现微安表的指针发生偏转，这说明K在受到光照时能够发射光电子，这个现象称为光电效应，回路中的电流称为光电流。

原理图

实物图

图1

2、利用分压电路进一步研究光电效应实验规律：

2

图

如图2所示是分压式电路，K与A之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。

（1）当电源按图示极性连接时，阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流。在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。这说明，在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增

大电压，电流也不会增大。即存在着饱和电流。

（2）当所加电压U为0时，电流I并不为0。只有施加反向电压，也就是阴极接电源正极、阳极接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，电流才有可能为0。请看实验现象。使光电流减小到0的反向电压称为遏止电压。

图3：存在饱和电流

图4：存在遏止电压

（3）换用红色滤光片，得到红色入射光，发现微安表没有读数，即没有光电流，这表明已经没有光电子，不发生光电效应。这说明，当入射光的频率低于某一值时不发生光电效应，恰好发生光电效应的入射光频率称为截止频率。

上面的实验现象说明存在着遏止电压和截止频率。

（4）当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，说明光电效应具有瞬时性。

3、利用DIS 数字传感器定量分析光电效应实验规律：

（1）存在饱和光电流（图6为I-U 图）

I-U 图线说明当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会增大了。

2、存在着遏止电压

（1）光电流与正向电压的关系 图

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图5：存在截止频率

（2）存在遏止电压（图7为I-U 图）

三、本仪器的创新之处

1、用微安表代替了验电器，由原来“观察验电器指针的变化”变成了“观察微安表的读数”，使学生能更加直观地观察到光电效应的发生。

2、利用微安表、电压表、电位器、光电管等原器件制成了“光电效应综合演示仪”，提高了实验器材的精度，成功演示了“饱和电流”、“遏制电压”、“截止频率”等实验规律，为探究光电效应实验现象背后的物理规律提供了实验支持。

3、运用“多元化”物理实验手段,借助数字化信息系统和传感器进一步研究光电效应，成功得出光电流与电压的关系图像（I-U 图），图线直观显示了饱和电流和遏制电压。 图

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