光电效应普朗克常数测定 实验要求 1.熟读讲义 2.理解并掌握有关光电效应的概念及理论。 3.熟练掌握实验操作步骤。 4.精确作图分析实验误差。 实验目的: 1通过光电效应实验了解光的量子性。 2测量光电管的弱电流特性找出不同光频率下的遏止 电压 3验证爱因斯坦方程由此求出普朗克常数. R °+|叶 光电效应电路原理图
光电效应普朗克常数测定 实验要求： 1. 熟读讲义。 2. 理解并掌握有关光电效应的概念及理论。 3. 熟练掌握实验操作步骤。 4. 精确作图,分析实验误差。 实验目的： 1.通过光电效应实验了解光的量子性。 2.测量光电管的弱电流特性,找出不同光频率下的遏止 电压. 3.验证爱因斯坦方程,由此求出普朗克常数. 光电效应电路原理图
爱因斯坦光子假说的核心思想是 表面上看起来连续的光波是量子化的 单色光由大量不连续的光子组成。若单 色光频率为v,那么每个光子的能量为 E=hv动量为p hv 由爱因斯坦光子假说发展成现代光子论 photon theory)两个基本点是 (1)光是由一颗一颗的光子组成的光子流。每个光子 的能量为E=hv,动量为p=y。由N个光子组成的 光子流,能量为Nhv (2)光与物质相互作用,即是每个光子与物质中的 微观粒子相互作用。 根据能量守恒定律,约束得最不紧的电子在离开金 属面时具有最大的初动能,所以对于电子应有 hv=(mυ2)+W 上式即为光电效应方程,W代表电子脱离金属表面所 需要的能量,称为功函数( work function)
爱因斯坦光子假说的核心思想是： 表面上看起来连续的光波是量子化的。 单色光由大量不连续的光子组成。若单 色光频率为，那么每个光子的能量为 E＝h, 动量为 c h p = 。 由爱因斯坦光子假说发展成现代光子论(photon theory)的两个基本点是： (1) 光是由一颗一颗的光子组成的光子流。每个光子 的能量为 E = h，动量为 c h p = 。 由 N 个光子组成的 光子流，能量为 N h。 (2) 光与物质相互作用，即是每个光子与物质中的 微观粒子相互作用。 根据能量守恒定律，约束得最不紧的电子在离开金 属面时具有最大的初动能，所以对于电子应有： 上式即为光电效应方程，W 代表电子脱离金属表面所 需要的能量，称为功函数(work function)
1900年,普朗克抛弃了能量是连续的传统经 典物理观念,导出了与实验完全符合的黑体 辐射经验公式。在理论上导出这个公式,必 须假设物质辐射的能量是不连续的,只能是 某一个最小能量的整数倍。普朗克把这一最 小能量单位称为“能量子”。普朗克的假设 解决了黑体辐射的理论困难。普朗克还进 步提出了能量子与频率成正比的观点,并引 入了普朗克常数h。量子理论现己成为现代理论和实验的不可缺 少的基本理论。普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔奖 光电效应实验结果如下 1.光电子的数目和入射光的强度之间的关系 当入射光的频率一定,而改变入射光的强度,饱和电流与入射 光强度成正比,单位时间内发出的光电子数与入射光强度成正 2.光电子动能和入射光频率之间的关系 光电子的最大初动能与入射光频率成正比,而与光的强度无 3.光电效应的红限 当入射光的频率低于某极限频率(随不同金属而异),不论光 的强度如何,照射时间多长,都没有光电子产生。 4.光电效应与时间关系 光电效应与光照几乎同时产生和消失,滞后时间最多不超过 10°S,通常称为光电效应的瞬时性
1900 年，普朗克抛弃了能量是连续的传统经 典物理观念，导出了与实验完全符合的黑体 辐射经验公式。在理论上导出这个公式，必 须假设物质辐射的能量是不连续的，只能是 某一个最小能量的整数倍。普朗克把这一最 小能量单位称为“能量子”。普朗克的假设 解决了黑体辐射的理论困难。普朗克还进一 步提出了能量子与频率成正比的观点，并引 入了普朗克常数 h。量子理论现已成为现代理论和实验的不可缺 少的基本理论。普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔奖 金。 光电效应实验结果如下 : 1.光电子的数目和入射光的强度之间的关系 当入射光的频率一定,而改变入射光的强度,饱和电流与入射 光强度成正比,单位时间内发出的光电子数与入射光强度成正 比。 2.光电子动能和入射光频率之间的关系 光电子的最大初动能与入射光频率成正比,而与光的强度无 关。 3.光电效应的红限 当入射光的频率低于某极限频率 (随不同金属而异),不论光 的强度如何,照射时间多长,都没有光电子产生。 4.光电效应与时间关系 光电效应与光照几乎同时产生和消失,滞后时间最多不超过 10-9Ｓ,通常称为光电效应的瞬时性
在实验中影响测量精度的主要因素 暗电流是指在通电时,完全没有光照的条件下,微电流测量 仪的电流,它主要来源于阴极的热电子发射及漏电流.由于暗电 流的量级为10-,而仪器的精度是10ˉ量级,所以暗电流 的影响可以忽略 反向电流是由于在制造过程中光阴极物质溅射到阳极上,当 光照射时其行为与光阴极相似,致使在截止电压以下获得一个反 向电流,随着反向电压增加,反向电流趋于饱和.这是因为在测 量反向遏止电压时,阴极是高电位,阳极是低电位,阳极上的阴 极材料光电子在光电效应中的加速电场中所产生的反向电流就是 在加上反向电压后总有0.2~0.4uA(随频率不同而异)的 光电流的原因.实验得知随着反向电压增加到一定的值时(2V 左右),这一电流就不再增加,所有阳极光电子都到了阴极 本底电流是由于光电管周围漫反射的杂散光入射到光电管上 所致本底电流影响测量精度的主要原因是本底电流,本底电流产 生的原因是由于加工工艺本身引起的,即在制造光电管时,往阴 极上喷涂光电效应阴极材料时,免不了要有一些阴极材料溅到阳 极上,而且无法去除.在进行光电效应实验时,光照在光电管 上,不仅阴极有电子逸出,同样阳极也会产生光电效应有电子逸 出,测量饱和光电流时,阴极上加的是低电位,阳极是高电位 本底电流对实验结果影响不大.但是,用反向遏止电压法测定普 朗克常数时,其影响就显著地表现出来了。 法事项 因为当两者的距离越近,光电管越易疲劳,距离越远则光电 管电流较小,检流计的灵敏度降低,所以两者之间有一最佳距 离。只有满足在最佳距离位置用最佳光照方位时,测得的普朗克 常数与公认值的误差最小
在实验中影响测量精度的主要因素: 暗电流是指在通电时 ,完全没有光照的条件下 ,微电流测量 仪的电流 ,它主要来源于阴极的热电子发射及漏电流 .由于暗电 流的量级为 1 0 -1 1 ,而仪器的精度是 1 0 -7 量级 ,所以暗电流 的影响可以忽略 . 反向电流是由于在制造过程中光阴极物质溅射到阳极上 ,当 光照射时其行为与光阴极相似 ,致使在截止电压以下获得一个反 向电流 ,随着反向电压增加 ,反向电流趋于饱和 .这是因为在测 量反向遏止电压时 ,阴极是高电位 ,阳极是低电位 ,阳极上的阴 极材料光电子在光电效应中的加速电场中所产生的反向电流就是 在加上反向电压后总有 0 . 2～ 0 . 4μA(随频率不同而异 )的 光电流的原因 .实验得知随着反向电压增加到一定的值时 (2 V 左右 ),这一电流就不再增加 ,所有阳极光电子都到了阴极 . 本底电流是由于光电管周围漫反射的杂散光入射到光电管上 所致本底电流影响测量精度的主要原因是本底电流 ,本底电流产 生的原因是由于加工工艺本身引起的 ,即在制造光电管时 ,往阴 极上喷涂光电效应阴极材料时 ,免不了要有一些阴极材料溅到阳 极上 ,而且无法去除 .在进行光电效应实验时 ,光照在光电管 上 ,不仅阴极有电子逸出 ,同样阳极也会产生光电效应有电子逸 出 ,测量饱和光电流时 ,阴极上加的是低电位 ,阳极是高电位 , 本底电流对实验结果影响不大 .但是 ,用反向遏止电压法测定普 朗克常数时 ,其影响就显著地表现出来了。 注意事项: 因为当两者的距离越近 ,光电管越易疲劳 ,距离越远则光电 管电流较小 ,检流计的灵敏度降低 ,所以两者之间有一最佳距 离。只有满足在最佳距离位置用最佳光照方位时 ,测得的普朗克 常数与公认值的误差最小
光电效应的应用及规律 近30年来光电效应广泛应用于工业、军事领域,比 如电影院里的放映机再者,高科技军事产品之一的夜视 器材就是光电效应应用的典范等. 400v+600V+800V+1000V 入射光 电子径迹 100v+300V+500V+700V+900 光电倍增管原理图
光电效应的应用及规律: 近30年来.光电效应广泛应用于工业、军事领域，比 如电影院里的放映机;再者,高科技军事产品之一的夜视 器材就是光电效应应用的典范等
光电效应实验规律 按照爱因斯坦光子理论:光照射到金属K极,实际上是单 个光子能量为hv的光子束入射到K极,光子与K极内的电 子发生碰撞。当电子一次性地吸收了一个光子后,便获得了hv 的能量而立刻从金属表面逸出,没有明显的时间滞后,这也正是 光的“粒子性”表现 (1)当一定频率的光 照射到K表面时,真空管 内几乎立刻出现光电子 很快形成光电流。即光电 效应是瞬时的,弛豫时间 小于10-9秒。 (2)当光源频率和外 加电压固定时,饱和光电 流强度Is与入射光强度I 成正比。 (3)当入射光频率U 定时,光电子定向运动形成 的光电流随着正向电压的减 小而减小;当正向电压为零 时,仍有光电流,只有当电 压为某个反向电压值时,其 电流才为零。这个反向电压称为遏止电压Ua。这说明光电子初 动能有一限度,为光电子最大初速度。实验表明,最大初动能与 入射光强无关
光电效应实验规律 按照爱因斯坦光子理论：光照射到金属 K 极，实际上是单 个光子能量为 h 的光子束入射到 K 极，光子与 K 极内的电 子发生碰撞。当电子一次性地吸收了一个光子后，便获得了 h 的能量而立刻从金属表面逸出，没有明显的时间滞后，这也正是 光的“粒子性”表现。 (1) 当一定频率的光 照射到K表面时，真空管 内几乎立刻出现光电子， 很快形成光电流。即光电 效应是瞬时的，弛豫时间 小于10-9秒。 (2) 当光源频率和外 加电压固定时，饱和光电 流强度Is与入射光强度 I 成正比。 (3) 当入射光频率υ一 定时，光电子定向运动形成 的光电流随着正向电压的减 小而减小；当正向电压为零 时，仍有光电流，只有当电 压为某个反向电压值时，其 电流才为零。这个反向电压称为遏止电压Ua 。这说明光电子初 动能有一限度，为光电子最大初速度。实验表明，最大初动能与 入射光强无关
(4)对于某种材料制成的金属K极,存在一个极限频率υ 0。当入射光频率U<υ0时,无论光强多大、照射时间多长,都 不会产生光电效应,这个极限频率υ0叫做红限频率。 遏止电势差Ua与入射光频率之间具有线性关系(如图所示) (红限) -my=ekv-eU (212.1) U必须满足的条件,才能产生光电效应.因此光电效应的红限 (2122) K 对不同金属υ0有不同的值,对同一金属,υ0为恒定量
(4) 对于某种材料制成的金属K极，存在一个极限频率υ 0 。当入射光频率υ<υ0时，无论光强多大、照射时间多长，都 不会产生光电效应，这个极限频率υ0叫做红限频率。 遏止电势差Ua与入射光频率之间具有线性关系（如图所示） υ必须满足的条件,才能产生光电效应.因此光电效应的红限: 对不同金属υ0有不同的值，对同一金属，υ0为恒定量