精品文档
光电效应实验
一定频率的光照射在金属表面时, 会有电子从金属表面逸出,这种现象称为光电效应。1887年赫兹发现了光电效应现象，以后又经过许多人的研究，总结出一系列实验规律。1905年，爱因斯坦在普朗克能量子假设的基础上，提出了光量子理论，成功地解释了光电效应的全部规律。
实验原理
光电效应的实验原理如图1所示。用强度为P的单色光照射到光电管阴极K时，阴极释放出的光电子在电场的加速作用下向阳极板A迁移，在回路中形成光电流。
图1 实验原理图 图2 光电管同一频率不同光强的
伏安特性曲线
用实验得到的光电效应的基本规律如下： 1、
光强P一定时，改变光电管两端的电压UAK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。随UAK的增大，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流Im的大小与入射光的强度P成正比。
2、
当光电管两端加反向电压时，光电流将逐步减小。当光电流减小到零时，所对应的反向电压值，被称为截止电压U0（图2）。这表明此时具有最大动能的光电子刚好被反向电场所阻挡，于是有
12mV0?eU0（式中m、V0、e分别为电子的质量、速度和电荷量）。（1） 2不同频率的光，其截止电压的值不同（图3）。 3、
改变入射光频率?时，截止电压U0随之改变，U0与?成线性关系（图4）。实验表明，当入射光频率低于?0(?0随不同金属而异，称为截止频率)时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。
精品文档
精品文档
图3光电管不同频率的伏安特性曲线 图4截止电压U0与频率?的关系
4、光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于?0，在开始照射后立即有光电子产生，延迟时间最多不超过10秒。
经典电磁理论认为，电子从波阵面上获得能量，能量的大小应与光的强度有关。
?9因此对于任何频率，只要有足够的光强度和足够的照射时间，就会发生光电效应，而上述实验事实与此直接矛盾。显然经典电磁理论无法解释在光电效应中所显示出的光的量子性质。
按照爱因斯坦的光量子理论，光能是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为?的光子具有能量E?h?，h为普朗克常数。当光束照射金属时，是以光粒子的形式打在它的表面上。金属中的电子要么不吸收能量，要么就吸收一个光子的全部能量h?，而无需积累能量的时间。只有当这能量大于电子摆脱金属表面约束所需的逸出功A时，电子才会以一定的初动能逸出金属表面。按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：
hv?12mV0?A 2 （2）
式中，A为金属的逸出功，
12mV0为光电子获得的初始动能。 2由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大。光子的能量
h?0?A时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频率（截
止频率）是?0?Ah。
将（2）式代入（1）式中可得：
eU0?h??A
（3）
U0?h(v?v0) e此式表明截止电压U0是频率?的线性函数。只要用实验方法得出不同的频率的截止电压，由直线斜率和截距，就可分别算出普朗克常数h和截止频率?0。基于此，在爱因斯坦光量子理论提出约十年后，密立根用实验证实了爱因斯坦的光电效应方程，并精确地测定了普朗克常数。两位物理大师在光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921精品文档
精品文档
年和1923年获得诺贝尔物理学奖。
光电效应实验，使人们对光的波粒二象性的本质有了更深的认识。对光电效应现象的研究，促进了光的量子理论的建立和近代物理学的发展。今天，利用光电效应制成的各种光电器件，如光电池、光电管、光电倍增管等，已被广泛的应用于工农业生产、国防和科研等各个领域。
实验仪器
ZKY-GD-4智能光电效应（普朗克常数）实验仪，仪器由光电检测装置（含光电管暗箱，高压汞灯灯箱，高压汞灯电源和实验基准平台）及实验主机-光电效应实验仪（含微电流放大器、扫描电压源发生器两部分）构成。仪器结构如图5所示。
1.汞灯电源，2.汞灯，3.滤光片，4.光阑，5.光电管，6.光电效应测试仪，7.基座
图5 仪器结构图
主要技术参数： 1、微电流放大器： 电流测量范围：10?8~10?13A，分6档，三位半数显，最小显示位10-14A。
?13零漂：开机20分钟后、30分钟内不大于满度的?0.2%(10A档)。
2、光电管工作电源：
电压调节范围：0~?2V档，示值精度?1％，最小调节电压2mV；
?1~?50V档，示值精度?5％，最小调节电压0.5V。
3、光电管：光谱响应范围 340-700nm，最小阴极灵敏度?1?ALm，阳极：镍圈。 暗电流：I?2?10?12A（?2V?UAK?0V）
4、滤光片：5片，透射波长365.0nm、404.7nm、435.8nm、546.1nm、578.0nm 光阑：3片，直径2mm，4mm，8mm
5、汞灯：可用谱线365.0nm、404.7nm、435.8nm、546.1nm、578.0nm 测量误差：?3％ 实验内容
一、必做部分：
1． 了解光电效应的基本规律。
2． 测定光电管伏安特性曲线和入射光频率与光电管截止频率间的关系，计算普朗克精品文档