實(shí)驗(yàn)七光電效應(yīng)及普朗克常數(shù)的測(cè)定課件

溯源1887年，赫茲在進(jìn)行證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接收電磁波的電極之一受到紫外光照射時(shí)，兩極之間就容易出現(xiàn)電火花。他改用了各種材料放在兩極之間，證明這種作用不是電磁的作用。他在1887年發(fā)表的《論紫外光的放電效應(yīng)》一文中首先描述了這些現(xiàn)象。1888年，德國(guó)物理學(xué)家霍爾瓦克斯、意大利的里奇和俄國(guó)的斯托列托夫幾乎同時(shí)作出了新的研究。1889年，愛(ài)耳斯特和蓋特樂(lè)也作了進(jìn)一步研究，指出對(duì)鉀、鈉、鋁、鋅等金屬，不僅存在著赫茲指出的紫光放電現(xiàn)象，而且對(duì)普通太陽(yáng)光也有同樣的現(xiàn)象。但另一些金屬（如錫、銅、鐵）則沒(méi)有。NCIT1887年，赫茲在進(jìn)行證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接收電磁1

用鋅板作光陰極，陽(yáng)極與之平行，相距約1厘米，將整個(gè)裝置放在磁場(chǎng)中，用紫外光照射鋅板，進(jìn)行測(cè)光電流荷質(zhì)比的實(shí)驗(yàn)。他根據(jù)電壓、磁場(chǎng)和極間距離計(jì)算得出光電流和陰極射線實(shí)質(zhì)相同的結(jié)論，從而認(rèn)識(shí)到赫茲的紫外放電現(xiàn)象就是由于光、特別是紫外光照射到金屬表面，使金屬內(nèi)部自由電子獲得更大動(dòng)能而從金屬表面逃逸到空間的一種現(xiàn)象。1899年，j.j湯姆遜，應(yīng)用下左圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置NCIT用鋅板作光陰極，陽(yáng)極與之平行，相距約1厘米，將整個(gè)裝置放在21902年，勒納德發(fā)表了對(duì)光電效應(yīng)的第一批定量研究結(jié)果，他通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)出了紫外光照射下鋁板發(fā)出的電子的荷質(zhì)比。確定赫茲看到的火花是金屬表面發(fā)射電子的結(jié)果。他發(fā)現(xiàn)了無(wú)法用經(jīng)典理論解釋的三個(gè)現(xiàn)象：第一，出射光電子的初動(dòng)能只與入射頻率有關(guān)，而與光強(qiáng)無(wú)關(guān)；第二，每一個(gè)金屬表面都存在著載止頻率；第三，只要入射光頻率大于載止頻率，無(wú)論它多么微弱，都會(huì)立刻引起光電子發(fā)射。勒納德還用不同材料做陰極，用不同光源照射陰極，發(fā)現(xiàn)了電子逸出金屬表面的最大速度與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，光強(qiáng)對(duì)遏止電壓沒(méi)有影響。NCIT1902年，勒納德發(fā)表了對(duì)光電效應(yīng)的第一批定量研究結(jié)果，他通3為了從理論上推導(dǎo)出這一公式，他采用了玻爾茲曼的統(tǒng)計(jì)方法，假定黑體內(nèi)的能量是由不連續(xù)的能量子構(gòu)成，能量子的能量為h。能量子的假說(shuō)具有劃時(shí)代的意義。愛(ài)因斯坦提出了光子假說(shuō)并由此假說(shuō)得出了著名的光電效應(yīng)方程，解釋了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。美國(guó)物理學(xué)家密立根從1904年開(kāi)始光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，1916年，他以出色的實(shí)驗(yàn)得到了較好的單色光。并從實(shí)驗(yàn)曲線求出了普朗克常數(shù)值1900年，普朗克在研究黑體輻射問(wèn)題時(shí)，先提出了一個(gè)符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)公式。NCIT為了從理論上推導(dǎo)出這一公式，他采用了玻爾茲曼的統(tǒng)計(jì)方法，假定4NCITNCIT5這是第一次直接從光電效應(yīng)測(cè)定普朗克常數(shù)h，與普朗克1900年從黑體輻射求得之值相符很好，獲得了愛(ài)因斯坦方程在很小的實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)精確有效的第一次直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。這就從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象到量子理論上承認(rèn)了光電效應(yīng)的規(guī)律，有力地證明了愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)提出的假設(shè)，從而形成了今日大家熟知的光電效應(yīng)理論。NCIT這是第一次直接從光電效應(yīng)測(cè)定普朗克常數(shù)h，與普朗克1900年6一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.利用光電效應(yīng)法測(cè)定普朗克常數(shù)，加深理解光的量子性。1.了解光電效應(yīng)及其規(guī)律。2.

了解驗(yàn)證愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程的基本方法。NCIT一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.利用光電效應(yīng)法測(cè)定普朗克常數(shù)，加1.了解光電7光電子運(yùn)動(dòng)形成光電流(photocurrent)。二、實(shí)驗(yàn)原理逸出的電子叫光電子(photoelectron),光電效應(yīng)：光照射到金屬表面時(shí)，有電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)(photoelectric

effect)NCIT光電子運(yùn)動(dòng)形成光電流(photocurrent)。二、實(shí)驗(yàn)原8按照愛(ài)因斯坦的光量子理論，光能并不像電磁波理論所想象的那樣，分布在波陣面上，而是集中在被稱(chēng)之為光子的微粒上，但這種微粒仍然保持著頻率（或波長(zhǎng)）的概念，頻率為的光子具有能量E=h，h為普朗克常數(shù)。當(dāng)光子照射到金屬表面上時(shí)，一次為金屬中的電子全部吸收，而無(wú)需積累能量的時(shí)間。

電子把這能量的一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它的吸引力，這部分能量稱(chēng)為逸出功A；

余下的就變?yōu)殡娮与x開(kāi)金屬表面后的初動(dòng)能

NCIT按照愛(ài)因斯坦的光量子理論，光能并不像電磁波理論所想象的那樣，9按照能量守恒原理，愛(ài)因斯坦提出了著名的光電效應(yīng)方程：式中，A為金屬的逸出功，為光電子獲得的初始動(dòng)能。NCIT按照能量守恒原理，愛(ài)因斯坦提出了著名的光電效應(yīng)方程：式中，A10光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置右圖中S是一個(gè)抽成真空的玻璃管，K為發(fā)出電子的陰極，A為陽(yáng)極．石英玻璃窗對(duì)紫外線吸收很小(光電效應(yīng)的入射光一般為可見(jiàn)到紫外)．當(dāng)用單色光照射K時(shí)，金屬釋放出光電子．KA之間加上一定的電勢(shì)差(由電壓表V讀出)，光電子由K飛向A?；芈分行纬呻娏?由電流計(jì)G讀出)稱(chēng)為光電流.NCIT光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置右圖中S是一個(gè)抽成真空的玻璃管，K為發(fā)出電11入射光照射到光電管陰極K上，產(chǎn)生的光電子在電場(chǎng)的作用下向陽(yáng)極A遷移構(gòu)成光電流，改變外加電壓UAK，測(cè)量出光電流I的大小，即可得出光電管的伏安特性曲線。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。

A

K

A

V

UAK

圖1實(shí)驗(yàn)原理圖

NCIT入射光照射到光電管陰極K上，產(chǎn)生的光電子在電場(chǎng)的作用下向陽(yáng)極12

光電效應(yīng)的基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律如下：

（1）光電效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)。即使入射光的強(qiáng)度非常微弱，只要頻率大于0，在開(kāi)始照射后立即有光電子產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)的時(shí)間至多為10－9秒的數(shù)量級(jí)。

（2）以頻率為υ的光束照射光電管、光強(qiáng)改變P1＜P2＜P3時(shí)的伏一安曲線如圖2所示，光電流隨正向電壓的增加而增大。NCIT光電效應(yīng)的基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律如下：（1）光電效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)。即13當(dāng)正向電壓U增大到一定值時(shí)，光電流達(dá)到飽和IH。IH隨光強(qiáng)P增大而增大，當(dāng)U＝0時(shí)，光電流不為零，說(shuō)明從K發(fā)射的光電子初動(dòng)能不為零。當(dāng)U＝－Ua時(shí)，對(duì)同頻率、不同光強(qiáng)P照射的光電子都截止，即I=0，Ua稱(chēng)為遏止電壓。圖2同一頻率，不同光強(qiáng)時(shí)光電管的伏安特性曲線NCIT當(dāng)正向電壓U增大到一定值時(shí)，光電流達(dá)到飽和IH。IH隨光強(qiáng)P14（4）作截止電壓U0與頻率的關(guān)系圖如圖4所示U0與成正比關(guān)系。（3）對(duì)于不同頻率的光，其截止電壓的值不同，如圖3所示。

I

UAK

n1

n2

U01

U02

圖3不同頻率時(shí)光電管的伏安特性曲線

n0

n

U0

斜率h/e

圖4截止電壓U0與入射光頻率的關(guān)系圖當(dāng)入射光頻率低于某極限值0（0隨不同金屬而異）時(shí)，不論光的強(qiáng)度如何，照射時(shí)間多長(zhǎng)，都沒(méi)有光電流產(chǎn)生。（4）作截止電壓U0與頻率的關(guān)系圖如圖4所示（3）對(duì)于不同15當(dāng)電子一次性地吸收了一個(gè)光子后，便獲得了h的能量而立刻從金屬表面逸出，沒(méi)有明顯的時(shí)間滯后，這也正是光的“粒子性”表現(xiàn)。-----光電效應(yīng)的瞬時(shí)效應(yīng)解釋?zhuān)喊凑諓?ài)因斯坦光子理論：光照射到金屬k極，實(shí)際上是單個(gè)光子能量為h的光子束入射到

k極，光子與k極內(nèi)的電子發(fā)生碰撞。NCIT當(dāng)電子一次性地吸收了一個(gè)光子后，便獲得了h的能量而立刻從金16入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能越大，所以即使陽(yáng)極電位比陰極電位低時(shí)也會(huì)有電子落入陽(yáng)極形成光電流，直至陽(yáng)極電位低于遏止電壓，光電流才為零

根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程：NCIT入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能越大，所以即使陽(yáng)極17此時(shí)有：

陽(yáng)極電位高于遏止電壓后，隨著陽(yáng)極電位的升高，陽(yáng)極對(duì)陰極發(fā)射的電子的收集作用越強(qiáng)，光電流隨之上升；

式中Ua為遏止電壓。當(dāng)陽(yáng)極電壓高到一定程度，已把陰極發(fā)射的光電子幾乎全收集到陽(yáng)極，再增加UAK時(shí)I不再變化，光電流出現(xiàn)飽和，飽和光電流IM的大小與入射光的強(qiáng)度P成正比。NCIT此時(shí)有：陽(yáng)極電位高于遏止電壓后，隨著陽(yáng)極電位的升高，陽(yáng)極對(duì)18光子的能量h0<A時(shí)，電子不能脫離金屬，因而沒(méi)有光電流產(chǎn)生。產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低頻率（截止頻率）是0=A/h。

可得：eU0=h－A

此式表明止電壓U0是頻率的線性函數(shù)（如圖），直線斜率

只要用實(shí)驗(yàn)方法得出不同的頻率對(duì)應(yīng)的遏止電壓，求出直線斜率，就可算出普朗克常數(shù)h。NCIT光子的能量h0<A時(shí)，電子不能脫離金屬，因而沒(méi)有光電流產(chǎn)生19三、實(shí)驗(yàn)儀器普朗克常數(shù)測(cè)定儀儀器由汞燈及電源、濾光片、光闌、光電管、測(cè)試儀（含光電管電源和微電流放大器）構(gòu)成，儀器結(jié)構(gòu)如圖5所示

濾色片：5片,透射波長(zhǎng)365.0nm，404.7nm，435.8nm，546.1nm，577.0nm光闌：3片，直徑2mm，4mm，8mmNCIT三、實(shí)驗(yàn)儀器普朗克常數(shù)測(cè)定儀儀器由汞燈及電源、濾光片、光闌、20四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

接通汞燈電源和微電流測(cè)量放大器電源，預(yù)熱20分鐘。1、接上光電管與微電流測(cè)量放大器各對(duì)應(yīng)電極的連接線，用遮光罩蓋住光電管暗盒窗口，光電管與光源的距離取40cm。2、將放大倍率置于10－12檔，在無(wú)光照的情況下，調(diào)整微電流放大器的零點(diǎn)。3、測(cè)量光電管伏安特性曲線通光孔徑取2mm。取下遮光罩，選取所需單色濾光片，使單色光照射光電管，緩緩調(diào)節(jié)電壓。記錄相應(yīng)的光電流I。NCIT四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

接通汞燈電源和微電流測(cè)量放大器電源，預(yù)熱20分21電壓的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)為-2.0V～30.0V。分三段讀數(shù)：電壓在-2.0V～0.0V范圍內(nèi)時(shí)，每隔0.1V讀一個(gè)電流值電壓在0.0V～20.0V范圍內(nèi)時(shí)，間隔均勻的選取5個(gè)電壓值，讀出對(duì)應(yīng)的電流值。電壓在20.0V～30.0V范圍內(nèi)時(shí)，間隔均勻的選取5個(gè)電壓值，讀出對(duì)應(yīng)的電流值。NCIT電壓的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)為-2.0V～30.0V。分三段讀數(shù)：電壓在224、改變?yōu)V光片，按內(nèi)容3測(cè)出不同波長(zhǎng)(取

435.8nm和546.1nm)下的V-I對(duì)應(yīng)值。7、由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出Ua-υ圖，并由這條直線的斜率k求出普朗克常數(shù)h=ek的實(shí)驗(yàn)值。5、電壓調(diào)至30.0V，改變通光孔徑大小，測(cè)出不同孔徑時(shí)飽和光電流的大小，觀察飽和光電流隨孔徑變化而改變的規(guī)律。6、由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出兩條V-I特性曲線，由拐點(diǎn)法分別得出相應(yīng)單色光的遏止電壓Ua。NCIT4、改變?yōu)V光片，按內(nèi)容3測(cè)出不同波長(zhǎng)(取7、由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出U239、計(jì)算材料的逸出功截止頻率8、比較普朗克常數(shù)的理論值h0和實(shí)驗(yàn)值h，求出相對(duì)誤差Eh=∣h-h0∣/h0NCIT9、計(jì)算材料的逸出功截止頻率8、比較普朗克常數(shù)的理論值h0和24實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟儀器調(diào)整測(cè)出兩個(gè)波長(zhǎng)的V-I對(duì)應(yīng)值測(cè)出兩個(gè)波長(zhǎng)在不同通光孔徑下的飽和光電流值畫(huà)出兩個(gè)波長(zhǎng)的V-I曲線讀出兩個(gè)波長(zhǎng)的截至電壓Ua1，Ua2畫(huà)出兩個(gè)Ua～υ圖計(jì)算材料的逸出功W和截止頻率υ0NCIT計(jì)算普朗克常數(shù)的實(shí)驗(yàn)值h及相對(duì)誤差Eh實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟儀器調(diào)整測(cè)出兩個(gè)波長(zhǎng)的V-I對(duì)應(yīng)值測(cè)出兩個(gè)波長(zhǎng)25謝謝謝謝26溯源1887年，赫茲在進(jìn)行證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接收電磁波的電極之一受到紫外光照射時(shí)，兩極之間就容易出現(xiàn)電火花。他改用了各種材料放在兩極之間，證明這種作用不是電磁的作用。他在1887年發(fā)表的《論紫外光的放電效應(yīng)》一文中首先描述了這些現(xiàn)象。1888年，德國(guó)物理學(xué)家霍爾瓦克斯、意大利的里奇和俄國(guó)的斯托列托夫幾乎同時(shí)作出了新的研究。1889年，愛(ài)耳斯特和蓋特樂(lè)也作了進(jìn)一步研究，指出對(duì)鉀、鈉、鋁、鋅等金屬，不僅存在著赫茲指出的紫光放電現(xiàn)象，而且對(duì)普通太陽(yáng)光也有同樣的現(xiàn)象。但另一些金屬（如錫、銅、鐵）則沒(méi)有。NCIT1887年，赫茲在進(jìn)行證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接收電磁27

用鋅板作光陰極，陽(yáng)極與之平行，相距約1厘米，將整個(gè)裝置放在磁場(chǎng)中，用紫外光照射鋅板，進(jìn)行測(cè)光電流荷質(zhì)比的實(shí)驗(yàn)。他根據(jù)電壓、磁場(chǎng)和極間距離計(jì)算得出光電流和陰極射線實(shí)質(zhì)相同的結(jié)論，從而認(rèn)識(shí)到赫茲的紫外放電現(xiàn)象就是由于光、特別是紫外光照射到金屬表面，使金屬內(nèi)部自由電子獲得更大動(dòng)能而從金屬表面逃逸到空間的一種現(xiàn)象。1899年，j.j湯姆遜，應(yīng)用下左圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置NCIT用鋅板作光陰極，陽(yáng)極與之平行，相距約1厘米，將整個(gè)裝置放在281902年，勒納德發(fā)表了對(duì)光電效應(yīng)的第一批定量研究結(jié)果，他通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)出了紫外光照射下鋁板發(fā)出的電子的荷質(zhì)比。確定赫茲看到的火花是金屬表面發(fā)射電子的結(jié)果。他發(fā)現(xiàn)了無(wú)法用經(jīng)典理論解釋的三個(gè)現(xiàn)象：第一，出射光電子的初動(dòng)能只與入射頻率有關(guān)，而與光強(qiáng)無(wú)關(guān)；第二，每一個(gè)金屬表面都存在著載止頻率；第三，只要入射光頻率大于載止頻率，無(wú)論它多么微弱，都會(huì)立刻引起光電子發(fā)射。勒納德還用不同材料做陰極，用不同光源照射陰極，發(fā)現(xiàn)了電子逸出金屬表面的最大速度與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，光強(qiáng)對(duì)遏止電壓沒(méi)有影響。NCIT1902年，勒納德發(fā)表了對(duì)光電效應(yīng)的第一批定量研究結(jié)果，他通29為了從理論上推導(dǎo)出這一公式，他采用了玻爾茲曼的統(tǒng)計(jì)方法，假定黑體內(nèi)的能量是由不連續(xù)的能量子構(gòu)成，能量子的能量為h。能量子的假說(shuō)具有劃時(shí)代的意義。愛(ài)因斯坦提出了光子假說(shuō)并由此假說(shuō)得出了著名的光電效應(yīng)方程，解釋了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。美國(guó)物理學(xué)家密立根從1904年開(kāi)始光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，1916年，他以出色的實(shí)驗(yàn)得到了較好的單色光。并從實(shí)驗(yàn)曲線求出了普朗克常數(shù)值1900年，普朗克在研究黑體輻射問(wèn)題時(shí)，先提出了一個(gè)符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)公式。NCIT為了從理論上推導(dǎo)出這一公式，他采用了玻爾茲曼的統(tǒng)計(jì)方法，假定30NCITNCIT31這是第一次直接從光電效應(yīng)測(cè)定普朗克常數(shù)h，與普朗克1900年從黑體輻射求得之值相符很好，獲得了愛(ài)因斯坦方程在很小的實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)精確有效的第一次直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。這就從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象到量子理論上承認(rèn)了光電效應(yīng)的規(guī)律，有力地證明了愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)提出的假設(shè)，從而形成了今日大家熟知的光電效應(yīng)理論。NCIT這是第一次直接從光電效應(yīng)測(cè)定普朗克常數(shù)h，與普朗克1900年32一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.利用光電效應(yīng)法測(cè)定普朗克常數(shù)，加深理解光的量子性。1.了解光電效應(yīng)及其規(guī)律。2.

了解驗(yàn)證愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程的基本方法。NCIT一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.利用光電效應(yīng)法測(cè)定普朗克常數(shù)，加1.了解光電33光電子運(yùn)動(dòng)形成光電流(photocurrent)。二、實(shí)驗(yàn)原理逸出的電子叫光電子(photoelectron),光電效應(yīng)：光照射到金屬表面時(shí)，有電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)(photoelectric

effect)NCIT光電子運(yùn)動(dòng)形成光電流(photocurrent)。二、實(shí)驗(yàn)原34按照愛(ài)因斯坦的光量子理論，光能并不像電磁波理論所想象的那樣，分布在波陣面上，而是集中在被稱(chēng)之為光子的微粒上，但這種微粒仍然保持著頻率（或波長(zhǎng)）的概念，頻率為的光子具有能量E=h，h為普朗克常數(shù)。當(dāng)光子照射到金屬表面上時(shí)，一次為金屬中的電子全部吸收，而無(wú)需積累能量的時(shí)間。

電子把這能量的一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它的吸引力，這部分能量稱(chēng)為逸出功A；

余下的就變?yōu)殡娮与x開(kāi)金屬表面后的初動(dòng)能

NCIT按照愛(ài)因斯坦的光量子理論，光能并不像電磁波理論所想象的那樣，35按照能量守恒原理，愛(ài)因斯坦提出了著名的光電效應(yīng)方程：式中，A為金屬的逸出功，為光電子獲得的初始動(dòng)能。NCIT按照能量守恒原理，愛(ài)因斯坦提出了著名的光電效應(yīng)方程：式中，A36光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置右圖中S是一個(gè)抽成真空的玻璃管，K為發(fā)出電子的陰極，A為陽(yáng)極．石英玻璃窗對(duì)紫外線吸收很小(光電效應(yīng)的入射光一般為可見(jiàn)到紫外)．當(dāng)用單色光照射K時(shí)，金屬釋放出光電子．KA之間加上一定的電勢(shì)差(由電壓表V讀出)，光電子由K飛向A。回路中形成電流(由電流計(jì)G讀出)稱(chēng)為光電流.NCIT光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置右圖中S是一個(gè)抽成真空的玻璃管，K為發(fā)出電37入射光照射到光電管陰極K上，產(chǎn)生的光電子在電場(chǎng)的作用下向陽(yáng)極A遷移構(gòu)成光電流，改變外加電壓UAK，測(cè)量出光電流I的大小，即可得出光電管的伏安特性曲線。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。

A

K

A

V

UAK

圖1實(shí)驗(yàn)原理圖

NCIT入射光照射到光電管陰極K上，產(chǎn)生的光電子在電場(chǎng)的作用下向陽(yáng)極38

光電效應(yīng)的基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律如下：

（1）光電效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)。即使入射光的強(qiáng)度非常微弱，只要頻率大于0，在開(kāi)始照射后立即有光電子產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)的時(shí)間至多為10－9秒的數(shù)量級(jí)。

（2）以頻率為υ的光束照射光電管、光強(qiáng)改變P1＜P2＜P3時(shí)的伏一安曲線如圖2所示，光電流隨正向電壓的增加而增大。NCIT光電效應(yīng)的基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律如下：（1）光電效應(yīng)是瞬時(shí)效應(yīng)。即39當(dāng)正向電壓U增大到一定值時(shí)，光電流達(dá)到飽和IH。IH隨光強(qiáng)P增大而增大，當(dāng)U＝0時(shí)，光電流不為零，說(shuō)明從K發(fā)射的光電子初動(dòng)能不為零。當(dāng)U＝－Ua時(shí)，對(duì)同頻率、不同光強(qiáng)P照射的光電子都截止，即I=0，Ua稱(chēng)為遏止電壓。圖2同一頻率，不同光強(qiáng)時(shí)光電管的伏安特性曲線NCIT當(dāng)正向電壓U增大到一定值時(shí)，光電流達(dá)到飽和IH。IH隨光強(qiáng)P40（4）作截止電壓U0與頻率的關(guān)系圖如圖4所示U0與成正比關(guān)系。（3）對(duì)于不同頻率的光，其截止電壓的值不同，如圖3所示。

I

UAK

n1

n2

U01

U02

圖3不同頻率時(shí)光電管的伏安特性曲線

n0

n

U0

斜率h/e

圖4截止電壓U0與入射光頻率的關(guān)系圖當(dāng)入射光頻率低于某極限值0（0隨不同金屬而異）時(shí)，不論光的強(qiáng)度如何，照射時(shí)間多長(zhǎng)，都沒(méi)有光電流產(chǎn)生。（4）作截止電壓U0與頻率的關(guān)系圖如圖4所示（3）對(duì)于不同41當(dāng)電子一次性地吸收了一個(gè)光子后，便獲得了h的能量而立刻從金屬表面逸出，沒(méi)有明顯的時(shí)間滯后，這也正是光的“粒子性”表現(xiàn)。-----光電效應(yīng)的瞬時(shí)效應(yīng)解釋?zhuān)喊凑諓?ài)因斯坦光子理論：光照射到金屬k極，實(shí)際上是單個(gè)光子能量為h的光子束入射到

k極，光子與k極內(nèi)的電子發(fā)生碰撞。NCIT當(dāng)電子一次性地吸收了一個(gè)光子后，便獲得了h的能量而立刻從金42入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能越大，所以即使陽(yáng)極電位比陰極電位低時(shí)也會(huì)有電子落入陽(yáng)極形成光電流，直至陽(yáng)極電位低于遏止電壓，光電流才為零

根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程：NCIT入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能越大，所以即使陽(yáng)極43此時(shí)有：

陽(yáng)極電位高于遏止電壓后，隨著陽(yáng)極電位的升高，陽(yáng)極對(duì)陰極發(fā)射的電子的收集作用越強(qiáng)，光電流隨之上升；

式中Ua為遏止電壓。當(dāng)陽(yáng)極電壓高到一定程度，已把陰極發(fā)射的光電子幾乎全收集到陽(yáng)極，再增加UAK時(shí)I不再變化，光電流出現(xiàn)飽和，飽和光電流IM的大小與入射光的強(qiáng)度P成正比。NCIT此時(shí)有：陽(yáng)極電位高于遏止電壓后，隨著陽(yáng)極電位的升高，陽(yáng)極對(duì)44光子的能量h0<A時(shí)，電子不能脫離金屬，因而沒(méi)有光電流產(chǎn)生。產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低頻率（截止頻率）是0=A/h。

可得：eU0=h－A

此式表明止電壓U0是頻率的線性函數(shù)（如圖），直線斜率

只要用實(shí)驗(yàn)方法得出不同的頻率對(duì)應(yīng)的遏止電壓，求出直線斜率，就可算出普朗克常數(shù)h。NCIT光子的能量h0<A時(shí)，電子不能脫離金屬，因而沒(méi)有光電流產(chǎn)生45三、實(shí)驗(yàn)儀器普朗克常數(shù)測(cè)定儀儀器由汞燈及電源、濾光片、光闌、光電管、測(cè)試儀（含光電管電源和微電流放大器）構(gòu)成，儀器結(jié)構(gòu)如圖5所示

濾色片：5片,透射波長(zhǎng)365.0nm，404.7nm，435.8nm，546.1nm，577.0nm光闌：3片，直徑2mm，4mm，8mmNCIT三、實(shí)驗(yàn)儀器普朗克常數(shù)測(cè)定儀儀器由汞燈及電源、濾光片、光闌、46四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容