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1、用光电效应测定普朗克常数内容提要内容提要 该课件通过模拟光与电子相互该课件通过模拟光与电子相互作用的现象与经典波动光学解释的作用的现象与经典波动光学解释的矛盾，来揭示光的粒子特性，从而矛盾，来揭示光的粒子特性，从而揭示光的本质，为近代物理打下基揭示光的本质，为近代物理打下基础。础。请自学以下内容。请自学以下内容。普朗克常数普朗克常数 h h 是一个重要的物理是一个重要的物理常数。可以说，凡是涉及到普朗克常数常数。可以说，凡是涉及到普朗克常数的物理现象都是量子现象。学习光电效的物理现象都是量子现象。学习光电效应法测定普朗克常数的基本方法，对于应法测定普朗克常数的基本方法，对于我们了解量子物理的发
2、展史，了解人类我们了解量子物理的发展史，了解人类对光的本质认识的发展史，都是十分有对光的本质认识的发展史，都是十分有益的。益的。1.1.加深了解光电效应的加深了解光电效应的 基本规律。基本规律。一一.实验目的实验目的2.2.学习用光电效应法测学习用光电效应法测 定普朗克常数的方法。定普朗克常数的方法。3.3.学习用最小二乘法处学习用最小二乘法处 理数据。理数据。二二.实验原理实验原理G GV V电源电源原理图原理图阴极阴极阴极阴极阳极阳极阳极阳极实验现象：实验现象：一束光照一束光照到金属表面上（称为到金属表面上（称为阳极），会有电子从阳极），会有电子从金属内逸出。经阳极金属内逸出。经阳极收集，
3、可形成光电流。收集，可形成光电流。光光电电流流光照射光照射实验现象解释的出发点实验现象解释的出发点实验现象解释的出发点实验现象解释的出发点光是一种波光是一种波遵从能量守恒定律遵从能量守恒定律无法解释的三个特点：无法解释的三个特点：光电效应光电效应（1 1）存在着）存在着“红限频率红限频率”，照到阴极的光，照到阴极的光，若频率若频率 时，无论多强也不时，无论多强也不产生光电效应。但频率产生光电效应。但频率时，即便很弱，也能产生光时，即便很弱，也能产生光电效应。电效应。如果光的本质是波，则如果光的本质是波，则光能量与光强成正比，光强光能量与光强成正比，光强大，则能使电子逸出。大，则能使电子逸出。阴
4、极内部阴极内部 当当 时，无论光强多时，无论光强多强，也无电子逸出。强，也无电子逸出。阴极内部阴极内部 当当 时，即使光强很弱时，即使光强很弱，也有电子逸出。，也有电子逸出。（2 2 2 2）光电效应的瞬时性）光电效应的瞬时性）光电效应的瞬时性）光电效应的瞬时性 如果光电效应是波与如果光电效应是波与如果光电效应是波与如果光电效应是波与电子的相互作用，电子吸电子的相互作用，电子吸电子的相互作用，电子吸电子的相互作用，电子吸收波的能量后，从阴极逸收波的能量后，从阴极逸收波的能量后，从阴极逸收波的能量后，从阴极逸出需一定时间，但事实上出需一定时间，但事实上出需一定时间，但事实上出需一定时间，但事实上
5、，光电效应是瞬时发生的。，光电效应是瞬时发生的。，光电效应是瞬时发生的。，光电效应是瞬时发生的。（3 3 3 3）逸出电子的最大初）逸出电子的最大初）逸出电子的最大初）逸出电子的最大初动能与入射光频率成正比动能与入射光频率成正比动能与入射光频率成正比动能与入射光频率成正比。同样表明，光的能量与。同样表明，光的能量与。同样表明，光的能量与。同样表明，光的能量与光的频率有关。光的频率有关。光的频率有关。光的频率有关。根据经典理论，电子吸收足根据经典理论，电子吸收足够能量后。才能从金属内逸出。够能量后。才能从金属内逸出。一经照射，即产生电子。一经照射，即产生电子。一一束束光光一一束束光光 实验现象解
6、释的新的出发点实验现象解释的新的出发点 光子光子 能量守恒能量守恒 爱因斯坦假定，光具有粒子性，光子的能量爱因斯坦假定，光具有粒子性，光子的能量 。则对实验的三个特点解释为：。则对实验的三个特点解释为：（1 1）金属内对电子的吸引，使电子逸出金属表面，需要克服）金属内对电子的吸引，使电子逸出金属表面，需要克服吸引力作功（电子的逸出功吸引力作功（电子的逸出功W W），），若若 使电子得到的能使电子得到的能量量 ，不会有电子逸出，所以存在着一个频率红限，不会有电子逸出，所以存在着一个频率红限 ，即，即 。当当 时，才有可能逸出电子。时，才有可能逸出电子。（2 2）既然是光子与电子交换能量，和粒子间
7、弹性碰撞一样，）既然是光子与电子交换能量，和粒子间弹性碰撞一样，能量的交换是瞬时完成的。能量的交换是瞬时完成的。（3 3）光子能量越大（）光子能量越大（），光与电子相互作用时电子），光与电子相互作用时电子得到的动能就越大得到的动能就越大,电子的动能电子的动能 是光子能量是光子能量 与逸出功与逸出功 之差。之差。即即 所以，电子最大初动能与入射光频率成正比。所以，电子最大初动能与入射光频率成正比。意义意义:揭示了光的本质，即光的波粒二重性。揭示了光的本质，即光的波粒二重性。光的粒子性，后经光压实验得以进一步证实。光的粒子性，后经光压实验得以进一步证实。光照到叶轮一光照到叶轮一叶，使之像风车叶，使
8、之像风车一样旋转，表明一样旋转，表明光压的存在。光光压的存在。光压是光子对叶片压是光子对叶片的统计效果。的统计效果。叶叶 轮轮一束光一束光光电效应的典型应用光电效应的典型应用光电倍增管光电倍增管阴阴阴阴 极极极极第二加速板第二加速板第二加速板第二加速板第一加速板第一加速板第一加速板第一加速板第三加速板第三加速板第三加速板第三加速板一一一一束束束束光光光光 一束光照到阴极，产生的电子，经加速打到第一加速板上，产生二次一束光照到阴极，产生的电子，经加速打到第一加速板上，产生二次一束光照到阴极，产生的电子，经加速打到第一加速板上，产生二次一束光照到阴极，产生的电子，经加速打到第一加速板上，产生二次电
9、子，再加速打到第二加速板上，电子，再加速打到第二加速板上，电子，再加速打到第二加速板上，电子，再加速打到第二加速板上，产生更多的二次电子产生更多的二次电子产生更多的二次电子产生更多的二次电子.，形成倍增效，形成倍增效，形成倍增效，形成倍增效应。一般应。一般应。一般应。一般,光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管,可将光电流放大可将光电流放大可将光电流放大可将光电流放大 倍倍倍倍,被广泛用于弱光探测领域。被广泛用于弱光探测领域。被广泛用于弱光探测领域。被广泛用于弱光探测领域。逸出电子的最大初动能逸出电子的最大初动能逸出电子的最大初动能逸出电子的最大初动能 ，可通过在阴，可通过在阴，可通过在阴，
10、可通过在阴极、阳极间加一反向电压极、阳极间加一反向电压极、阳极间加一反向电压极、阳极间加一反向电压V V V V，遏制向阳极飞来的电遏制向阳极飞来的电遏制向阳极飞来的电遏制向阳极飞来的电子，从而光电流减小。当逐渐升高子，从而光电流减小。当逐渐升高子，从而光电流减小。当逐渐升高子，从而光电流减小。当逐渐升高V V V V反反反反，使光电流恰使光电流恰使光电流恰使光电流恰好刚等于好刚等于好刚等于好刚等于0 0 0 0，这时的电压为与入射光频率相对应的反这时的电压为与入射光频率相对应的反这时的电压为与入射光频率相对应的反这时的电压为与入射光频率相对应的反向截止电压向截止电压向截止电压向截止电压V V V V0 0 0 0，则有则有则有则有 即即即即光电效应测普朗克常数光电效应测普朗克常数用不同频率光照到阴极上用不同频率光照到阴极上时，（设时，（设 等）等）通过组合测量有通过组合测量有作作 曲线。由曲线。由其斜率其斜率 确定普确定普朗克常数值朗克常数值h h。u u1 1u u2 2u u3 3