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1、实验-20 光光电效效应制作：周嘉萍制作：周嘉萍一一.实验原理原理二二.爱因斯坦的解因斯坦的解释三三.实验仪器器四四.实验思考思考题五五.实验内容内容六六.注意事注意事项七七.数据数据处理理一一.实验原理原理 在光的照射下，在光的照射下，电子从金属表面逸出的子从金属表面逸出的现象，象，叫叫光光电效效应。VGAK+RE+光光电效效应实验原理原理图某一某一频率下率下,某一光某一光强时光光电管的伏安特性曲管的伏安特性曲线1.1.实验规律律（2 2）截止）截止电压U0 与入射光与入射光频率具有率具有线性关系。性关系。（1 1）仅当当nn0（截止截止频率）率）时才才发生光生光电效效应，截，截止止频率与材
2、料有关，但与入射光率与材料有关，但与入射光强无关。无关。U0 n n 曲线曲线(3)(3)在同一在同一频率下，率下，饱和光和光电流流强度度Im 正比于正比于入射光入射光强P。(4)(4)光光电效效应是瞬是瞬时效效应。当光照射到金属表面。当光照射到金属表面时，几，几乎立即就有光乎立即就有光电子逸出。子逸出。同一同一频率率,不同入射光不同入射光强时IUAK曲曲线二二.爱因斯坦因斯坦对光光电效效应的解的解释(1905(1905年）年）：光束由光束由光子光子构成，构成，频率率为n的光束，光子能量的光束，光子能量为e=hn.当当光子光子照到金属表面照到金属表面时，其能量一次，其能量一次为金属中的金属中的
3、电子全子全部吸收，而不需部吸收，而不需积累能量的累能量的时间。电子把子把这能量的一部分用来克服金属表面能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力它的吸引力而作功，余下的就成而作功，余下的就成为电子离开金属表面后的子离开金属表面后的动能。能。爱因斯坦的光因斯坦的光电效效应方程：方程：金属的逸出功金属的逸出功（1 1）当）当hn0n0=W/h（截止截止频率）率）时才才发生光生光电效效应。(2)即截止即截止电压U0 与入射光与入射光频率率n 成成线性关系。性关系。由由实验可确定可确定该直直线的斜率，从而算出普朗克常数的斜率，从而算出普朗克常数h。(由由实验得得)（3 3）当）当频率一定率一定时，入射光
4、，入射光强 P 越大，光子数目越多，越大，光子数目越多，则单位位时间内内产生光生光电子数目越多，子数目越多，饱和光和光电流流强度就度就越大。越大。即在同一即在同一频率下，率下，饱和光和光电流流强度度Im 正比正比于入射光于入射光强P。（4 4）当）当光子入射金属表面光子入射金属表面时，一个光子携，一个光子携带的能量的能量 hn 一次一次为一个一个电子全部吸收，若子全部吸收，若nn0，电子立即逸出而不需子立即逸出而不需时间积累。累。即光即光电效效应具有瞬具有瞬时性。性。三三.实验仪器器汞灯汞灯电源源高高压汞灯汞灯光光电管和暗箱管和暗箱测试仪光光阑滤光片光片“电压”选择按按键“电流量程流量程”选择
5、旋旋钮“电流流调零零”旋旋钮“电压调节”旋旋钮滤光片光片光光阑汞灯遮光盖汞灯遮光盖光光电管暗箱遮光盖管暗箱遮光盖四四.思考思考题1.1.当加在光当加在光电管两端的管两端的电压为零零时，光，光电流不流不为零，零，2.2.这是是为什么？什么？3.3.2.2.光光电管一般都用逸出功小的金属做阴极，用逸出管一般都用逸出功小的金属做阴极，用逸出功大的金属做阳极，功大的金属做阳极，为什么？什么？4.3.实验时能否将能否将滤光片放在光源的出光孔上？光片放在光源的出光孔上？为什么什么？五五.实验内容内容1.1.测试前准前准备:(1)(1)盖上光盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，将光管暗箱和汞灯的遮光盖，将光电管与
6、汞灯距离管与汞灯距离调(2)(2)整并保持在整并保持在400400mm，接通接通测试仪及汞灯及汞灯电源，源，预热约1515min。(3)（注意：汞灯一旦开启，不要随意关注意：汞灯一旦开启，不要随意关闭）(2)(2)测试仪调零：盖上光零：盖上光电管暗箱和汞灯的遮光盖，管暗箱和汞灯的遮光盖，“电压”选(3)(3)择 在在2 2V +2V档，档，“电流量程流量程”选择在在10101313A档，旋档，旋转“电(4)(4)流流 调零零”旋旋钮使使“电流表流表”指示指示为零。零。（注意：每次（注意：每次调换“电流量程流量程”，都，都应重新重新调零零)(3)(3)调整光路：整光路：先先取下光取下光电管暗箱遮
7、光盖，将直径管暗箱遮光盖，将直径为2 2mm的光的光nm的的滤光片插在光光片插在光电管入射窗孔前，管入射窗孔前，再再取取下汞灯的遮光盖，使汞灯的出射光下汞灯的遮光盖，使汞灯的出射光对准光准光电管入射窗孔。管入射窗孔。（注意：（注意：严禁禁让汞光不汞光不经过滤光片直接入射光光片直接入射光电管）管）2.2.用零用零电流法流法测定定h将将“电压”选择按按键置于置于2 2V +2V档，档，“电流量程流量程”选择在在10101313A档并重新档并重新调零。将直径零。将直径为2 2mmnm的的滤光片插在光光片插在光电管入射窗孔前，管入射窗孔前，调节电压UAK，使得光使得光电流流I为零，此零，此时测试仪中中
8、显示的示的电压值即可即可认为是是该入射光入射光频率率对应的截止的截止电压。重复。重复测量四次，填入表量四次，填入表31311 1中。中。依次依次 更更换其余四个其余四个滤光片（注意：一定要光片（注意：一定要先先盖上汞灯的遮光盖上汞灯的遮光盖盖再再更更换滤光片），光片），测出各自出各自对应的截止的截止电压。表311 光阑孔f=2mm 波波长l l(nm)365.0404.7435.8546.1577.08.2147.4076.8795.4905.196截止截止电压1234 平均平均值3.3.测光光电管的伏安特性曲管的伏安特性曲线(IUAK曲曲线)将将“电压”选择按按键置于置于2 2V +30V档
9、，将档，将“电流量程流量程”选择开关置于开关置于10101313A并重新并重新调零，将直径零，将直径为2mmnm的的滤光片插在光光片插在光电管入射窗孔前。管入射窗孔前。(1)(1)从截止从截止电压开始由低到高开始由低到高调节电压，直至，直至3030V（不高于（不高于3030V）。）。从截止从截止电压到到0 0V V;从从0 0V到到8 8V V;从从8 8V到到3030V 区区间，电压取取值间隔隔为3 3V;每取一每取一电压值，记录一一电流流值到表到表31312 2中。中。为了使每个了使每个电流流值都有三位有效数字，都有三位有效数字，测量量过程中程中须变换“电流量程流量程”。（注意：每次（注意
10、：每次调换“电流量程流量程”，都，都应重新重新调零零)(2)换上直径上直径为4 4mm的光的光阑，重复步，重复步骤(1)(1)。435.8435.8nmnm光光阑2mm2mm435.8435.8nmnm光光阑4 4mmmm4.4.验证光光电管的管的饱和光和光电流流Im与入射光与入射光强P 成成正比关系正比关系在在UAK为3030V时，选择“电流量程流量程”使得使得电流流值有有三位有效数字，并重新三位有效数字，并重新调零。在同一入射零。在同一入射频率，同一入率，同一入射距离下，射距离下，记录光光阑直径分直径分别为2 2mm、4mm、8mm时对应的的电流流值于表于表31313 3中。中。六六.注意
11、事注意事项1.1.本本实验不必要求暗室不必要求暗室环境，但境，但应避免避免背景光背景光强2.2.的的剧烈烈变化。化。3.3.2.2.实验过程中注意随程中注意随时盖上汞灯的遮光盖，盖上汞灯的遮光盖，严禁禁让4.4.汞光不汞光不经过滤光片直接入射光光片直接入射光电管窗口。管窗口。5.5.3.3.实验结束束时应盖上盖上光光电管暗箱和汞灯的遮光盖！管暗箱和汞灯的遮光盖！七七.数据数据处理理1.1.用用线性回性回归法求法求U0n直直线的斜率的斜率k:再由再由h=ek求出普朗克常数求出普朗克常数h，并与公并与公认值h0比比较，求出百分求出百分误差差:2.2.根据表根据表31312 2的数据，在的数据，在坐坐标纸上作出上作出对应两种通光两种通光3.3.量的量的I-UAK关系曲关系曲线。