用光电效应测普朗克常量实验报告.docx

用光电效应测普朗克常量实验报告 　　三、实验原理1.光电效应　　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。光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时，便获得这光子的全部能量hv，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功W，电子就会从金属中逸出。按照能量守恒原理有：　　上式称为爱因斯坦方程，其中m和?m是光电子的质量和最大速度，是光电子逸出表面　　后所具有的最大动能。它说明光子能量hv小于W时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率v0=W/h，称为光电效应的极限频率。不同的金属材料有不同的脱出功，因而υ0也是不同的。由式可见，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　　被称为光电效应的截止电压。　　显然，有　　代入式，即有　　由上式可知，若光电子能量　　，则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是　　，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功，因而也不同。由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ν的频率成正比，，将式改写为　　上式表明，截止电压　　是入射光频率ν的线性函数，如图2，当入射光的频率　　时，　　截止电压，没有光电子逸出。图中的直线的斜率是一个正的常数：　　　　由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的　　通过式求出普朗克常数h。其中　　曲线，并求出此曲线的斜率，就可以是电子的电量。　　图2U0-v直线　　2.光电效应的伏安特性曲线　　图3是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为ν、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，它使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，随着电压　　的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压　　增加到　　时，光电流达到最大，不再增加，此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流。　　图3光电效应原理图　　由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少；当反向电压达到截止电压时，光电流为零。　　图4入射光频率不同的I－U曲线图5入射光强度不同的I－U曲线爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，所以实验中存在着如下问题：　　(1）暗电流和本底电流。当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流，称为暗电流。它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。室内各种漫反射光射入光电管造成的光电流称为本底电流。暗电流和本底电流随着K、A之间电压大小变化而变化。　　阳极电流。制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。由于它们的存在，使得I～U曲线较理论曲线下移，如图6所示。　　图6伏安特性曲线　　五、数据记录与处理1、零电流法测h　　第一组：普朗克常数：×　　J·s误差%　　第二组：普朗克常数：×第三组：普朗克常数：×2、补偿法测h　　普朗克常数：×　　J·s误差%　　J·s误差%J·s误差%　　3、伏安特性曲线见下页。　　六、思考讨论　　1、什么是光电效应，及内，外光电效应和单光子，多光子光电效应。　　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。　　常说的光电效应是外光电效应，即电子从金属表面逸出。内光电效应是光电效应的一种，主要由于光量子作用，引发物质电化学性质变化。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。光电导效应：当入射光子射入到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大。光生伏特效应：当一定波长的光照射非均匀半导体，在自建场的作用下，半导体内部产生光电压。　　综合、设计性实验报告　　年级学号**********姓名时间**********成绩_________　　一、实验题目　　光电效应测普朗克常数　　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；