实验报告光电效应实验.docx

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南昌大学物理实验报告
学生姓名： 学号： 专业班级：材料124班
实验时间：10时00分第十一周 星期四 座位号：28
一、实验名称：光电效应
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、实验仪器：
光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、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 频率为尸的光波，每个光子的 能量为E = m ,其中 h= M10，4J s为普朗克常数。
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 2 , 、
hv = - m + w ( 1)
2
式中，v为入射光的频率，m为电子的质量，u为光电子逸出金属表面的初速度，W为被 光线照射的金属材料的逸出功，1/2 mv2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 eu0-1/2mv 2=0 (2) 代入上式
即有
h^ = eU0 + W (3)
由上式可知，若光电子能量h+v<W,则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是 w=W/h ,
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通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功，因而为也不同。由
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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V成正 比，，将（3）式改写为
hh" W h,
U 0 vo）
e e e
上式表明,截止电压Uo是入射光频率v的线性函数,如图2,当入射光的频率v=w
时，截止电压Uo=0,没有光电子逸出。图中的直线的斜率k=h/e是一个正的常数： h=ek （5）
由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的 Uo-v曲线，并求出此曲线的斜率，就
可以通过式（5）求出普朗克常数ho其中e=」9C是电子的电量。

图3是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为v、强度为P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
,随着电压Uak的增
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
加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压Uak增加到Um时，光电流达到最大，不 再增加，此时