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1、光电效应实验光电效应实验第1页，本讲稿共17页在物理学史上，光电效应现象的发现，对光的本性波粒二象性的认识，具有极为重要的意义，它给量子论以直观、明确的证明。1887年，赫兹在研究紫外线对火花放电的影响时发现了光电效应。后来勒纳德等人制作了二极管研究了这一现象。当时无法用经典理论解释。1900年，普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck,18581947）提出量子假设。1905年，爱因斯坦提出光量子概念，解释了光电效应现象。实验历史背景及意义 第2页，本讲稿共17页思考与讨论的问题l什么是截止频率、遏制电势差、什么是截止频率、遏制电势差、光电管伏安特性曲线？光电管伏安特
2、性曲线？l实验中如何确定遏制电势差值？实验中如何确定遏制电势差值？l如何由光电效应测量普朗克常数如何由光电效应测量普朗克常数？第3页，本讲稿共17页光电效应示意图光电效应示意图实验原理光电效应：电子从受辐射作用的材料中释放出来的过程，叫做光电效应；发射出来的电子叫做光电子。第4页，本讲稿共17页光电效应外光电效应外光电效应:是指物质吸收光子并激发出自由是指物质吸收光子并激发出自由 电子的行为。电子的行为。ex:ex:光电倍增管光电倍增管内光电效应内光电效应:光电导效应光电导效应：半导体材料在光照下，电子受能量大于电子禁带宽度的：半导体材料在光照下，电子受能量大于电子禁带宽度的 光子作用激发导带
3、，增加电导率的现象。光子作用激发导带，增加电导率的现象。ex:ex:光敏电阻光敏电阻光生伏打效应光生伏打效应：半导体材料在半导体材料在pnpn结处形成内建电场，光照下，激发结处形成内建电场，光照下，激发 电子在内建电场作用下形成电动势的现象。电子在内建电场作用下形成电动势的现象。ex:ex:太阳能电池太阳能电池第5页，本讲稿共17页实验规律(1)(1)饱和光电流：饱和光电流：饱和光电流强度与入射光强度成正比。饱和光电流强度与入射光强度成正比。(2)(2)每个光电子的初动能每个光电子的初动能 随入射随入射 光频率提高而增大，与入射光强无关；光频率提高而增大，与入射光强无关；(3)(3)存在截止频
4、率：存在截止频率：对某一种金属来说，只有对某一种金属来说，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，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。这个频率叫做截止频率。(4)(4)光电效应是瞬时效应。光电效应是瞬时效应。Ua312UIIh0红限频率第6页，本讲稿共17页爱因斯坦光电方程 爱因斯坦认为光束可以看成是由微粒构成的爱因斯坦认为光束可以看成是由微粒构成的 粒子流，这些粒子流叫做粒子流，这些粒子流叫做光量子（光子）光量子（光子）。一个频率为一个频率为 的光子具有能量的光子具有能量 阴极金属材料的逸出功为阴极
5、金属材料的逸出功为 阴极表面电子吸收光子的能量，当阴极表面电子吸收光子的能量，当 电子逸出，并具有初动能电子逸出，并具有初动能 第7页，本讲稿共17页 对光电管加反向电压，该电压减弱了逸出光电子向阳极对光电管加反向电压，该电压减弱了逸出光电子向阳极A A的运动，的运动，如反向电压逐渐增大到某值如反向电压逐渐增大到某值UaUa，则光电子无法到达阳极则光电子无法到达阳极A A，光电流为零，而反，光电流为零，而反向电压的电场力对光电子作功为向电压的电场力对光电子作功为eUaeUa。遏止电压光电子实验电路图反向开关阳阳极极阴极光束窗口第8页，本讲稿共17页实验仪器第9页，本讲稿共17页第10页，本讲稿
6、共17页第11页，本讲稿共17页第12页，本讲稿共17页误差分析a.a.实测曲线实测曲线b.b.理论曲线理论曲线c.c.阳极电流：阳极电流：A A极难免粘上极难免粘上阴极材料，受光照后也要阴极材料，受光照后也要发射少量光电子，构成反发射少量光电子，构成反向电流。向电流。d.d.漏电流：爱因斯坦方程在绝漏电流：爱因斯坦方程在绝对零度下严格成立。常温下，对零度下严格成立。常温下，电极会发射少量热电子，加电极会发射少量热电子，加上管壳和管座的漏电构成暗上管壳和管座的漏电构成暗电流。电流。理论曲线实测曲线漏电流抬头电压第13页，本讲稿共17页 实验内容 1.1.测量光电管的伏安特性曲线：测量光电管的伏
7、安特性曲线：电压：电压：3V3V30V30V，在，在2V2V0V0V多测几个点多测几个点 2.2.测量入射光的测量入射光的“抬头电压抬头电压”3.3.观测入射光强与饱和电流的关系。观测入射光强与饱和电流的关系。入射光为入射光为577.0nm577.0nm，测量光强为，测量光强为100 100、7575、5050、2525时时 的饱和光电流。的饱和光电流。（电压：（电压：15V15V 30V30V）第14页，本讲稿共17页数据处理 1.1.使用使用originorigin绘出绘出365.0nm365.0nm、435.8nm435.8nm和和577.0nm577.0nm光的光的I IU U伏安特性
8、曲线。伏安特性曲线。2.2.用图解法计算普朗克常数用图解法计算普朗克常数h h，并计算与公认，并计算与公认值的百分误差。值的百分误差。公认值公认值h h6.626076106.626076103434 J Js s。3.3.用图解法计算截止频率。用图解法计算截止频率。第15页，本讲稿共17页数据处理Ua关系曲线关系曲线第16页，本讲稿共17页注意事项 1.1.充分理解仪器使用要求和操作顺序。不充分理解仪器使用要求和操作顺序。不要随意拆卸电缆和导线，保证接触良好。要随意拆卸电缆和导线，保证接触良好。2.2.不要让光源的出射光直接入射光电管，保不要让光源的出射光直接入射光电管，保证光电管安全，并注意保护滤色片、减光片。证光电管安全，并注意保护滤色片、减光片。3.3.在变换电压量程和极性时，需将电压调节在变换电压量程和极性时，需将电压调节为零，不允许随意改变电压量程和极性为零，不允许随意改变电压量程和极性.第17页，本讲稿共17页