NurfürdenpersönlichenfürStudien,Forschung,ürdenpersönlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden光电效应光电效应当光束照射到某些金属表面上时,会有电子从金属表面即刻逸出,这种现象称为“光电效应”。1905年爱因斯坦圆满地解释了光电效应的实验现象,使人们进一步认识到光的波粒二象性的本质,促进了光的量子理论的建立和近代物理学的发展,爱因斯坦因此获得了1921年的诺贝尔奖。现在利用光电效应制成的各种光电器件(如光电管、光电倍增管、夜视仪等)已经被广泛应用于工农业生产、科研和国防等领域。[实验目的];,测定普朗克常数;。[实验原理]当一定频率的光照射到某些金属表面上时,可以使电子从金属表面逸出,这种现象称为光电效应。所产生的电子,称为光电子。根据爱因斯坦的光电效应方程有hν=1/2mvm2+W(1)其中ν为光的频率,h为普朗克常数,m和vm是光电子的质量和最大速度,W为电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功。按照爱因斯坦的光量子理论:频率为ν的光子具有能量hν,当金属中的电子吸收一个频率为ν的光子时,便获得这个光子的全部能量。如果光子的能量hν大于电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功W,电子就会从金属中逸出,1/2mvm是光电子逸出表面后所具有的最大动能;光子能量hν小于W时,电子不能逸出金属表面,因而没有光电效应产生。能产生光电效应的入射光最低频率ν0,称为光电效应的截止(或极限)频率。由方程(1)可得v0=W/h(2)不同的金属材料有不同的逸出功,因而ν0也是不同的。利用光电管可以进行研究光电效应规律、测量普朗克常数的实验,实验原理可参考图1。图中K为光电管的阴极,A为阳极,微安表用于测量微小的光电流,电压表用于测量光电管两极间的电压,E为电源,R提供的分压可以改变光电管两极间的电势差。单色光照射到光电管的阴极K上产生光电效应时,逸出的光电子在电场的作用下由阴极向阳极运动,并且在回路中形成光电流。当阳极A电势为正,阴极K电势为负时,光电子被加速。当K电势为正,A电势为负时,光电子被减速;而当A、K之间的电势差足够大时,具有最大动能的光电子也被反向电场所阻挡,光电流将为零。此时,有eU0=1/2mvm2(3)式中e为电子电量,U0称为截止电压。光电管的伏安特性曲线(光电流与所加电压的I-U关系)如图2所示。当用一定强度的光照射在光电管阴极K上时,光电流I随两极间的加速电压改变而改变,开始光电流I随两极间的加速电压增加而增加,当加速电压增加到一定值后,光电流不再增加。这是因为在一定光强下,单位时间内所产生的光电子数目一定,而且这些电子在电场的作用下已全都跑向阳极A,从而达到饱和。称此时的电流为饱和电流Im。由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度,所以当两极间电压为零时,仍有光电流I存在。若在两极间施加一反向电压,光电流随之减小;当反向电压达到截止电压U0时,光电流为零。由式(1)、式(2)及式(3)可得eU0=hν-W=hν-hν0即U0=(hν-W)/e=h/e(
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