光学试验六光电效应试验PhotoelectricEffectExperiment.pdf

光學實驗六 光電效應實驗 (Photoelectric Effect Experiment) 1. 目的： 瞭解光電效應 ，並利用光電效應實驗來測量普朗克常數(Planck ‘s constant) 。 2. 相關觀念： 光電效應(Photoelectric effect) 、普朗克常數、光量子假說(light quantum hypothesis) 、功函數(work function) 、接觸電位(contact potential) 。 3. 原理： 光照射金屬把電子由金屬內釋放出來之現象，稱為光電效應。光電效 應是在 1890 年由 W. Hallwachs 首先發現的。1902 年 P. Lenard 發現這 些被光釋放出來的電子其最大速度與光的強度無關。 A. Einstein 於 1905 提出光量子假說(light quantum hypothesis) 並預測被 光激出之電子之最大速度與光的頻率成正比。R.A. Millikan 於 1915 年 實驗證實了 Einstein 所預測的結果。 光電效應實驗之設計可如圖一所示。 μ A I V 圖一 光電效應實驗之示意圖 真空光電管內含兩金屬電極，其中一電極(稱為陰極) 受光照射而釋放 出電子，再由另外一電極(稱為陽極) 收集，並可由電流計測量所收集 之電子流。陽極與陰極可由外界電路提供不同之電位差。 第 1頁，共 7 頁 由實驗結果得知，如圖二所示： 光 強 度 S s 圖二 對某頻率之光，電子流與電極間之電位差及光強度間之關係圖 ( 陽極電位高於陰極時，電位差為正) 當陽極之電位低於陰極之電位，其電位差為 時，流經電流計之電流 V s 為零，與照射光之強度無關，此時之電位稱為截止電壓(Stopping potential) ，當陽極電位高於陰極時，光電子流隨其電位差增大而增大 直至飽和狀態。如圖三所示： s 截 止 電 壓 斜率 光頻率 圖三 截止電壓與光頻率間之關係圖 阻止電位與光頻率成簡單線性關係。當阻止電位為零，如果光頻率小 於某一頻率時，則無論光強度多強，也無法把電子由金屬內釋出，此 光頻率稱為截止頻率(cutoff frequency) 。 根據愛因斯坦光子假設，光是侷限於一空間之能量並以光速 c 傳遞， 也是所謂的光子(photon) 。對一頻率 ν 之光 ，其光子之能量為 E  h(h 為普朗克常數，h=6.6237 1034 Joule - s