光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

1、物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)光電效應(yīng)及普朗克常量的測定主講：巫志玉物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心歷史背景：1 1、18871887年，年，赫茲赫茲在實(shí)驗(yàn)中觀察到了光電效應(yīng)現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)中觀察到了光電效應(yīng)現(xiàn)象2 2、19001900年，年，普朗克普朗克提出了量子假說提出了量子假說3 3、19051905年，年，愛因斯坦愛因斯坦提出了光子假說提出了光子假說4 4、19161916年，年，密立根密立根證實(shí)了愛因斯坦的光電效應(yīng)方程證實(shí)了愛因斯坦的光電效應(yīng)方程普朗克普朗克康普頓康普頓赫茲赫茲愛因斯坦愛因斯坦密立根密立根5 5、19221922年，年，康普頓康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng) 加深對光的

2、本性的認(rèn)識過程加深對光的本性的認(rèn)識過程微粒說微粒說( (牛頓牛頓) ) 波動說波動說( (惠更斯惠更斯) ) 電磁說電磁說( (麥克斯韋麥克斯韋) ) 加深對量子學(xué)說認(rèn)識的歷史發(fā)展過程加深對量子學(xué)說認(rèn)識的歷史發(fā)展過程物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心太陽能飛機(jī)太陽能飛機(jī)煙霧報(bào)警器煙霧報(bào)警器顏色檢測器顏色檢測器光電自動門光電自動門轉(zhuǎn)速測定轉(zhuǎn)速測定有聲電影機(jī)有聲電影機(jī)物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律、了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律 2 2、測定光電管的伏安特性曲線、測定光電管的伏安特性曲線掌握用作圖法測定普朗克常數(shù)的方法掌握用作圖法測定普朗克常數(shù)的方法 物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心二、

3、儀器用具FB807AFB807A型光電效應(yīng)型光電效應(yīng)( (普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)) )測定儀測定儀物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心三、實(shí)驗(yàn)原理1 1、光電效應(yīng)、光電效應(yīng)當(dāng)光照射到某些金屬表面上時，會有電子當(dāng)光照射到某些金屬表面上時，會有電子 從金屬表面即刻逸出的現(xiàn)象從金屬表面即刻逸出的現(xiàn)象 光電效應(yīng)光電效應(yīng)外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心光電效應(yīng)的基本規(guī)律光電效應(yīng)的基本規(guī)律 (1)(1)、僅當(dāng)光頻高于某一閾值、僅當(dāng)光頻高于某一閾值( (截止頻率截止頻率) )時，才能時，才能 從金屬表面打出光電子從金屬表面打出光電子 (2)(2)

4、、單個光電子的動能隨光頻提高而增大，與入、單個光電子的動能隨光頻提高而增大，與入 射光強(qiáng)無關(guān)射光強(qiáng)無關(guān) (3)(3)、光電流僅與光強(qiáng)有關(guān)且成正比，與光頻無關(guān)、光電流僅與光強(qiáng)有關(guān)且成正比，與光頻無關(guān) (4)(4)、光電效應(yīng)是瞬時效應(yīng)，電子吸收光能幾乎不、光電效應(yīng)是瞬時效應(yīng)，電子吸收光能幾乎不 需要積累時間需要積累時間 物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心2 2、愛因斯坦光電效應(yīng)方程、愛因斯坦光電效應(yīng)方程 愛因斯坦認(rèn)為從一點(diǎn)發(fā)出的光不是按麥克斯韋電愛因斯坦認(rèn)為從一點(diǎn)發(fā)出的光不是按麥克斯韋電磁學(xué)說指出的那樣以連續(xù)分布的形式把能量傳播到空間，而是頻磁學(xué)說指出的那樣以連續(xù)分布的形式把能量傳播到空間，而是頻率為率為的

5、光以的光以hh為能量單位為能量單位( (光量子光量子) ) 的粒子形式地向外輻射。的粒子形式地向外輻射。 至于光電效應(yīng)，光是以光粒子的形式打在金屬的表面，至于光電效應(yīng)，光是以光粒子的形式打在金屬的表面，金屬金屬中的電子要么不吸收能量，要么就吸收一個光子的全部能量中的電子要么不吸收能量，要么就吸收一個光子的全部能量，而而無需積累能量的時間；只有當(dāng)這能量大于電子擺脫金屬表面約束無需積累能量的時間；只有當(dāng)這能量大于電子擺脫金屬表面約束所需的逸出功所需的逸出功WWS S時，電子才會以一定的初動能逸出金屬表面。時，電子才會以一定的初動能逸出金屬表面。 其中：其中：h為普朗克常數(shù)為普朗克常數(shù)(公認(rèn)值公認(rèn)值

6、h0=6.6261910-34JS)為入射光的頻率為入射光的頻率m為電子的質(zhì)量為電子的質(zhì)量v為光電子逸出金屬表面時的初速度為光電子逸出金屬表面時的初速度WS為金屬材料的逸出功為金屬材料的逸出功212ShmVW物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心212SmVeUSShveUWSSWhUee3 3、密立根實(shí)驗(yàn)、密立根實(shí)驗(yàn)212ShmVWhKe截止電壓截止電壓U US S當(dāng)光電管當(dāng)光電管AKAK之間加上反向電場使光電流為之間加上反向電場使光電流為0 0時的電壓時的電壓AK物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心4 4、光電管的伏安特性曲線、光電管的伏安特性曲線光電管理想伏安特性曲線光電管理想伏安特性曲線光電管實(shí)測伏安特性曲線光

7、電管實(shí)測伏安特性曲線光電流包含：光電流包含：(1)(1)暗電流暗電流：主要由熱電子發(fā)射與管殼漏電造成：主要由熱電子發(fā)射與管殼漏電造成(2)(2)本底電流本底電流：主要由雜散光射入光電管造成：主要由雜散光射入光電管造成(3)(3)反向電流反向電流：主要由材料污染陽極造成：主要由材料污染陽極造成光電管理想伏安特性曲線光電管理想伏安特性曲線光電管實(shí)測伏安特性曲線光電管實(shí)測伏安特性曲線物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心5 5、普朗克常數(shù)的測定、普朗克常數(shù)的測定作出光電管的光譜特性曲線作出光電管的光譜特性曲線U US S，應(yīng)為，應(yīng)為一條直線，求出該直線的斜率一條直線，求出該直線的斜率k k，則普朗，則普朗克常數(shù)克

8、常數(shù)h=keh=ke，并算出測量值與公認(rèn)值之間，并算出測量值與公認(rèn)值之間的相對誤差。的相對誤差。 SSWhUee00100%hhEh物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 1、測繪光電管的光譜特性曲線、測繪光電管的光譜特性曲線U US S的關(guān)系的關(guān)系2 2、測繪光電管的伏安特性曲線、測繪光電管的伏安特性曲線IUIU的關(guān)系的關(guān)系物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心五、數(shù)據(jù)記錄表格波長i(nm)365.0(紫外線) 404.7(紫光) 435.8(藍(lán)光) 546.1(綠光) 577.0(黃光)頻率i(1014HZ)8.2147.4086.8795.4905.196截止電壓US(V)備 注入射距離L=400mm

9、，光欄孔=4mm，電流檔位10-13A 1 1、測繪光電管的光譜特性曲線、測繪光電管的光譜特性曲線U US S數(shù)據(jù)記錄表數(shù)據(jù)記錄表2 2、測定光電管的伏安特性曲線、測定光電管的伏安特性曲線I I U U數(shù)據(jù)記錄表數(shù)據(jù)記錄表(nm)UAK(V)-2.0-1.00.01.024.025.026.027.0365.0I(10-10A)404.7I(10-10A)435.8I(10-10A)546.1I(10-10A)577.0I(10-10A)備 注入射距離L=400mm，光欄孔=4mm物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心六、實(shí)驗(yàn)步驟2 2、預(yù)熱：、預(yù)熱：打開汞燈與主機(jī)電源開關(guān)，對汞燈及

10、主機(jī)進(jìn)行預(yù)熱打開汞燈與主機(jī)電源開關(guān)，對汞燈及主機(jī)進(jìn)行預(yù)熱4 4、擇壓：、擇壓：選擇電壓量程選擇電壓量程( (測截止電壓時把測截止電壓時把“電源轉(zhuǎn)換電源轉(zhuǎn)換”按鈕按下；按鈕按下；測伏安特性時把測伏安特性時把“電源轉(zhuǎn)換電源轉(zhuǎn)換”按鈕松開按鈕松開) )3 3、擋光：、擋光：把濾色片調(diào)到把濾色片調(diào)到0 0擋光位，用遮光蓋蓋住濾色片及汞燈的發(fā)擋光位，用遮光蓋蓋住濾色片及汞燈的發(fā)光孔，再把光欄調(diào)到光孔，再把光欄調(diào)到4mm4mm，光的入射距離調(diào)到，光的入射距離調(diào)到400mm400mm1、接線接線：用專用電流信號線與導(dǎo)線把主機(jī)與光電管聯(lián)接好用專用電流信號線與導(dǎo)線把主機(jī)與光電管聯(lián)接好5 5、選程：、選程：選擇電

11、流量程選擇電流量程( (測截止電壓時把測截止電壓時把“電流量程電流量程”旋鈕調(diào)到旋鈕調(diào)到1010-13-13檔位；測伏安特性時把檔位；測伏安特性時把“電流量程電流量程”旋鈕調(diào)到旋鈕調(diào)到1010-10-10檔位檔位) )物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心166、調(diào)零調(diào)零：調(diào)整調(diào)整“電壓粗調(diào)電壓粗調(diào)”與與“電壓細(xì)調(diào)電壓細(xì)調(diào)”旋鈕，使電壓表顯示旋鈕，使電壓表顯示0 0，再調(diào)整再調(diào)整“調(diào)零調(diào)零”旋鈕，使電流表顯示旋鈕，使電流表顯示0 07、測量測量：取下汞燈與濾色片的遮光蓋，旋轉(zhuǎn)濾色片到相應(yīng)波長并測量。取下汞燈與濾色片的遮光蓋，旋轉(zhuǎn)濾色片到相應(yīng)波長并測量。 ( (測截止電壓時，調(diào)整測截止電壓時，調(diào)整“電壓調(diào)節(jié)旋

12、鈕電壓調(diào)節(jié)旋鈕”使電流表顯示為使電流表顯示為0 0，并記錄截止電并記錄截止電 壓；測伏安特性時，調(diào)整壓；測伏安特性時，調(diào)整“電壓調(diào)節(jié)旋鈕電壓調(diào)節(jié)旋鈕”到到相應(yīng)電壓，并記錄光電流相應(yīng)電壓，并記錄光電流) )8、歸儀歸儀：( (關(guān)閉汞燈及主機(jī)電源，拆除聯(lián)接導(dǎo)線，把濾色片調(diào)到關(guān)閉汞燈及主機(jī)電源，拆除聯(lián)接導(dǎo)線，把濾色片調(diào)到0 0擋擋光位，蓋上濾色片及汞燈的遮光蓋，整理好實(shí)驗(yàn)儀器光位，蓋上濾色片及汞燈的遮光蓋，整理好實(shí)驗(yàn)儀器) )六、實(shí)驗(yàn)步驟物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心七、注意事項(xiàng)3 3、實(shí)驗(yàn)結(jié)束時應(yīng)蓋上光電管暗盒和汞燈的遮光蓋、實(shí)驗(yàn)結(jié)束時應(yīng)蓋上光電管暗盒和汞燈的遮光蓋 2 2、實(shí)驗(yàn)時避免背景光的強(qiáng)烈變化、實(shí)驗(yàn)時避免背景光的強(qiáng)烈變化 1 1、操作過程中隨時把濾色片轉(zhuǎn)盤放到、操作過程中隨時把濾色片轉(zhuǎn)盤放到0 0擋光位擋光位物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心八、思考題1 1、光電效應(yīng)有哪些規(guī)律？愛因斯坦光電效應(yīng)、光電效應(yīng)有哪些規(guī)律？愛