光电效应

1
B(8.00,1.48)
0.5
0 0
1
2
3
4
5 A(5.600,0.371) 8
9γ
-0.5
。
4.15
14
10
Hz
-1
-1.5
-2 s 1.62V
思考题
• 在光电效应中，光子与金属中的电子是如 何作用的？有什么规律？
25
20
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10
5
-2.0
-1.5
-1.0 -0.5
0
2、作出不同频率下截止电压Us和频率ν的关系曲线，求出普朗 克常数h、截止频率ν0、逸出电势Φs 。并算出所测量h值 与公认值之间的相对误差E，分析误差产生的原因。 h=6.626196×10-34 J·s
Us（V）
2
截止电压与频率的关系曲线
1.5
实验装置
• 1、当光线照射在金属K的表面上时，如K接电源 的负极，A接电源的正极，则可以观察到电路中 有电流，这是由于在光照射到金属K上时，金属 中的电子从表面上逸出来，并在加速电势差的作 用下，从K到A，从而在电路中形成电流I，称为 光电流，逸出的电子，叫做光电子。
• 2、如将K接正极、A接负极，则光电子离开K后， 将受到电场的阻碍作用，当K、A之间的反向电势 差等于Us时，从K逸出的动能最大的电子刚好不
• 3、无论入射光的强度如何， 只要其频率大于截止频率， 则当光照射到金属表面上时， 几乎立即就有光电子逸出。 这就是常说的光电效应的 “瞬时性”。
经典解释的困难
• 按照经典理论，无论何种频率的入射光，只 要其强度足够大，就能使电子具有足够的能 量逸出金属，然而实验却指出，若入射光的 频率小于截止频率，无论其强度有多大，都 不能产生光电效应，此外按照经典理论，电 子需要有一定的时间来积累逸出金属所需的 能量，以使电子逸出金属表面，然而实验却 指出，光的照射和光电流产生是瞬时性的。
• 为解决光电效应的实验规律与经典物理理论的矛盾， 1905年爱因斯坦对光的本性提出了新的理论，他认 为，光束可以看成是由微粒构成的粒子流，这些粒 子叫做光量子，以后就称为光子，在真空中，每个 光子都以光速运动，对于频率为v的光束，光子的能 量为
ε h
• 式中h为普朗克常量，频率越高的光束，其光子能量 越大；对给定频率的光束来说，光的强度越大，就 表示光子的数目越多，由此可见，对单个光子来说， 其能量决定于频率，而对一束光来说，其能量既与 频率有关，而且还与光子数有关。
验证爱因斯坦方程、求h
eU s
1 2
mv2
h
1 2
mv2
Ws
h eU s Ws
h1 eU s1 Ws
h 2 eU s2 Ws
作U
、
s
关系图，
通过斜率法求h
实验步骤
• 开机预热20-30分钟 ，调暗盒距离光源30-40cm。
• 主机调零、校准(为—100),
• 观察电流零点要将“电流输入”电缆断开。 • 接好“电流输入”电缆，用书遮盖入光口，
• 爱因斯坦（Albert Einstein，1879—1955） • 1905年和1915年先后创立了狭义相对论和
广义相对论。 • 于1905年提出了光量子假设。1916年被密
立根的光电效应实验所证实，为此，他于 1921年获得诺贝尔物理学奖金。 • 1906年提出自激发射和受激发射的概念， 为激光的出现奠定理论基础； • 1924年提出了量子统计法——玻色—爱因 斯坦统计法。 • 爱因斯坦于1917年用广义相对论研究整个 宇宙的时空结构，开创了宇宙学研究的新 纪元，导致宇宙膨胀理论，并于1946年后 发展为宇宙大爆炸论。 • 从1925年到临终的前一天，他一直不懈地 致力于把引力场和电磁场统一起来的统一 场论的研究；而统一场论的思想导致了20 世纪70年代电弱统一（电磁相互作用与弱 相互作用统一）理论的建立。
爱因斯坦方程
• 爱因斯坦认为，当频率为的光束照射在金 属表面上时，光子的能量被单个电子所吸 收，使电子获得能量，当入射光的频率足 够高时，可以使电子具有足够的能量从金 属表面逸出，逸出时所需要作的功，称为 逸出功W，设电子具有初动能，由能量守
恒定律，有 h 1 m v2 W
2
• 这个方程叫做光电效应的爱因斯坦方程， 逸出功与金属的种类有关，
能到达A，电路中没有电流，叫做截止电势差。
主要实验规律
• 1、对某一种金属来说，只有当入射光的频 率大于某一频率时，电子才能从金属表面 逸出，电路中才有光电流，这个频率叫做 截止频率（也称红限）。如果入射光的频 率小于截止频率，那么，无论光的强度有 多大，都没有光电子从金属表面逸出。
• 2、用不同频率的光照射金属 K的表面时，只要入射光的频 率大于截止频率，遏止电势 差（对应于光电子动能的最 大值）与入射光频率具有线 性关系，如右图所示。
观测光电管的暗电流； • 选择光阑直径５mm，通过滤色片选择入射光波
长。 • 开始测量光电管的V –I 特性（每个波长测10个
以上点），重点测五种不同频率的截止电压；
数据处理：
1. 在坐标纸上绘制不同频率入射光照射下光电管
的伏安特性曲线，用交点法找出不同频率对应
的截止电压Us。
用交点法找截止电压
IKA（10-11A）
• 赫兹（Heinrich Rudolf Hertz, 18571894）德国物理学家。赫兹最主要的 贡献是用实验证实了电磁波的存在， 并为无线电技术的发展开辟了道路。 因此，赫兹也被誉称为无线电通信的 先驱。
• 此外，赫兹还通过观察紫外光对火花 放电的影响，首先发现了光电效应现 象，即物质（主要指金属）在光的照 射下释放出电子的现象。这种现象后 来由爱因斯坦引入光量子概念，作出 了完满的解释。为纪念赫兹的功绩， 人们将频率的单位定名为“赫兹”。
实验十八 光电效应的研究
刘文军
实验目的
• 了解光电效应及其规律,理解爱因斯坦光电 方程的物理意义。
• 用减速电位法测量光电子初动能，求普朗 克常数
实验器材
• GD-Ⅲ型光电效应实验仪
实验原理
• 1887年赫兹发现了光电效应，1905年 爱因斯坦发展了普朗克关于能量量子 化的假设，提出了光量子概念，从理 论上成功地说明了光电效应实验的规 律，为此，爱因斯坦获得了1921年诺 贝尔物理学奖。