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光电效应测普朗克常量实验报告

一、 实验题目

光电效应测普朗克常数

二、 实验目的

1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律； 2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法；

3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。

三、仪器用具

ZKY—GD—3光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片（五个）、光阑（两个）、光电管、测试仪

四、 实验原理

1、光电效应与爱因斯坦方程

用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为 的光波，每个光子的能量为

式中， 为普朗克常数，它的公认值是 =6.626

。

按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。爱因斯坦提出了著名的光电方程：

（1）

式中，?为入射光的频率，m为电子的质量，v为光电子逸出金属表面的初

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速度，

1mv2为被光线照射的金属材料的逸出功，2为从金属逸出的光电子的

最大初动能。

由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位U0被称为光电效应的截止电压。 显然，有

（2）

代入（1）式，即有

（3）

由上式可知，若光电子能量h??W，则不能产生光电子。产生光电效应的最

低频率是

?0?Wh，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功，

因而?0也不同。由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子?的频率成正比，，将（3）式改写为

（4）

上式表明，截止电压U0是入射光频率?的线性函数，如图2，当入射光的频率???0时，截止电压U0?0，没有光电子逸出。图中的直线的斜率个正的常数：

（5）

由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的

k?he是一

U0??曲线，并求出此曲线的

是电子的电

斜率，就可以通过式（5）求出普朗克常数h。其中 量。

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U0-v 直线

2、光电效应的伏安特性曲线

下图是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为 、强度为 的光线

照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出。如在阴极K和阳极A之间加正向电压UAK，它使K、A之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，随着电压UAK的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压

增

加到Um时，光电流达到最大，不再增加，此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流。

光电效应原理图

由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少；当反向

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