新型光电效应.ppt

近代物理实验之：;预备知识 今天的物理学的重要特征是描述物理现象的许多量是量子化的。最普通的例子是电磁辐射的强度、原子系统的能量和电荷。从下面几个实验中可得出这种量子化的有力证明： 1.光电效应：证实了光量子概念的正确性。在光电效应中被释放的电子从辐射场吸收能量hv .h是普朗克常数，它联系着微观世界普遍存在的波粒二象性，揭示能量交换量子化的规律。 2.夫兰克-赫兹实验:利用加速的电子与原子的非弹性碰撞将原子由低能态激发到高能态，直接证明了原子内部能量的不连续性，证实了原子分立能级的存在，并提供一种测量激发电位的方法。　　 ;3. 氢原子光谱:光谱线系的规律与原子结构有内在的联系。原子光谱的研究对原子物理和量子力学的发展起过很大作用，特别是氢原子光谱，它是最简单、最典型的一种光谱，研究得最早、最透彻。对原子光谱的分析有力地证实了原子中分立能级的存在。给玻尔原子结构的理论有力的支持。人们正是通过原子在不同能级之间跃迁产生的发射和吸收光谱来研究原子能级结构，进而认识原子内部的各种相互作用和运动。 以上这些实验在物理学史上是很著名的，对近代物理学的发展起过重要作用。安排这些实验的目的，除加深对原子物理和量子论基本概念的理解外，还为了掌握实验中仪器的使用方法，以及一定的实验操作技术。;引言 １８８７年Ｈ．赫兹发现光电效应，此后许多物理学家对光电效应作了深入的研究，总结出光电效应的实验规律。１９０５年爱因斯坦提出“光量子”假说，圆满地解释了光电效应，并给出光电方程。密立根用了十年的时间对光电效应进行定量的实验研究，证实了爱因斯坦光电方程的正确性，并精确测出了普朗克常数ｈ。爱因斯坦和密立根因光电效应等方面的杰出贡献，分别于１９２１年和１９２３年获得诺贝尔物理奖。 利用光电效应已制成光电管、光电倍增管等光电器件，在科学技术中得到广泛应用。;实验目的 1.了解光电效应及其规律，理解爱因斯坦光电方程的物理意义。 2.用零电流法测量光电子初动能，求普朗克常数。;原理 当某金属材料受到一定频率的光照射时，如果光子能量大于金属内电子的逸出功，自由电子吸收光子能量后，便从金属内发射出来，这就是光电效应。 实验规律： 1、只有当照射光的频率超过某一定数值时，才有光电子释放出来。若低于该频率，则无论光强多大也不可能释放出光电子来。该频率称为该物质的“红限频率”。 2、光的频率越高，被照金属发射光电子的动能也越大。 3、照射光的频率超过“红限频率”时，发射的光电子的数量（光电流）与光强成正比。 4、光电子的发射是瞬时的，一般不超过10－9秒。;爱因斯坦的理论：提出“光量子”假说－－ 得到光电效应方程： 式中W为电子的脱出功（对某一金属为一常数）， υ为 照射光的频率，h为普朗克常数，m为电子的质量，v为 电子脱离金属后所具有的速度。该方程式就是能量守恒 定律的具体形式。 请根据光电效应方程解释光电效应的实验规律。;怎样测量普朗克常数？ 测量电子动能的常用方法－－反向电压法 ，即给电子加一个反向电场，调节反向电场两极板之间的电压，当 电子刚好不能达到阳极，电流为零。 U称为截止电压。 W＝？ 怎样解决？ 采用不同频率的光照射，由于逸出功对同种金属来说是一个常量，在等式中可以消去。实验中用滤波片得到不同频率的单色光。 ;综上所述，可得： 由于该方法测量h时光电流为零，故称为零电流法。;电路设计： 图（1） ;影响测量截止电压的因素 1、导线和阴极材料之间存在着正向接触电位差 接触电位差与脱出功的关系为： 从电压表上读得的反向电压值 是截止电压与 的 和。 是不易测出的，但由于是常数，在式子相减时被消掉。可见存在接触电位差对测h并无影响。 ;2、暗电流和本底电流的存在 暗电流主要是由在没有光照射时由热电子发射形成，本 底电流是由杂散光线照射引起的光电流。对于暗电流和 本底电流，可认为它等效于一个正向外加电压。如果测 量过程中外界温度不变，则此电流值大致不变，其等效 电压可为一个常数。与接触电位差所述类似，它的存在 虽然影响截止电压的测量值，但并不影响截止电压对入射 光频率关系曲线的斜率。;3、反向电流的存在 由