光电效应 光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。光电效应实验对于认 识光的本质及早期量子理论的发展,具有里程碑式的意义。两位物理大师爱因斯坦和密立根分别因他们在 光电效应的理论和实验方面的卓越工作,分获得1921和1923年诺贝尔物理奖。 【实验目的】 1.了解光电效应的规律,加深对光的量子性的理解 2.测量普朗克常数h 【实验原理】 K 光电效应的实验原理如图1所示。当入射光照射到光电 管阴极K上时,产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁 移构成光电流,改变外加电压UAK,测量光电流I的大小, 即可得出光电管的伏安特性曲线 1.光电效应的基本特点: (1)对应于某一频率光的光电效应,IUAK关系如图2 图1实验原理图 所示。可见,对一定的频率,存在一电压U0,当UAk≤U 时,电流为零,U0被称为截止电压,它与阴极材料的构成 有关。 (2)当UAK≥U0后,I迅速增加,然后趋于饱和,饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成正比 (3)对于不同频率的光,其截止电压的值不同,如图3所示。 (4)作截止电压U与频率γ的关系图如图4所示。U0与v成正比关系。但当入射光频率低于某极限值1 (1不同金属有不同的值)时,不论光的强度如何,照射时间多长,都没有光电流产生 P1 图2同一频率,不同光强时 图3不同频率时光电管的伏图4截止电压U与入射光频 光电管的伏安特性曲线 安特性曲线 率1的关系图 (5)光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱,只要频率大于υ,一旦光照射靶上立即就有光 电子产生。从光照射到光电子产生的间隔至多为109秒的数量级。 2.光电效应的基本解释 按照爱因斯坦的光量子理论,光能并不像电磁波理论所想象的那样,分布在波阵面上,而是集中在被 称之为光子的微粒上,但这种微粒仍然保持着频率(或波长)的概念,频率为v的光子具有能量E=h,h为 普朗克常数。当光子照射到金属表面上时,一次为金属中的某个电子全部吸收,而无需积累能量的时间。 电子把吸收光子的能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力,余下的就变为该电子离开金属表面后的 动能,按照能量守恒原理,爱因斯坦提出了著名的光电效应方程 h +a 1) (1)中,A为金属的逸出功,m为光电子获得的初始动能- 1 - 图 l 实验原理图 图 2 同一频率，不同光强时 光电管的伏安特性曲线 图 3 不同频率时光电管的伏 安特性曲线 图 4 截止电压 U 与入射光频 率的关系图 光电效应 光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。光电效应实验对于认 识光的本质及早期量子理论的发展，具有里程碑式的意义。两位物理大师爱因斯坦和密立根分别因他们在 光电效应的理论和实验方面的卓越工作，分获得 1921 和 1923 年诺贝尔物理奖。 【实验目的】 1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。 2．测量普朗克常数 h。 【实验原理】 光电效应的实验原理如图 1 所示。当入射光照射到光电 管阴极 K 上时，产生的光电子在电场的作用下向阳极 A 迁 移构成光电流，改变外加电压 UAK，测量光电流 I 的大小， 即可得出光电管的伏安特性曲线。 1．光电效应的基本特点： （1）对应于某一频率光的光电效应，I—UAK 关系如图 2 所示。可见，对一定的频率，存在一电压 U0，当 UAK≤U0 时，电流为零，U0 被称为截止电压，它与阴极材料的构成 有关。 （2）当 UAK≥U0 后，I 迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流 IM的大小与入射光的强度 P 成正比。 （3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图 3 所示。 （4）作截止电压 U0 与频率 ν 的关系图如图 4 所示。U0 与 ν 成正比关系。但当入射光频率低于某极限值 ν0 (ν0 不同金属有不同的值)时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。 （5）光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于 ν0，一旦光照射靶上立即就有光 电子产生。从光照射到光电子产生的间隔至多为 10-9 秒的数量级。 2．光电效应的基本解释 按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被 称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率(或波长)的概念，频率为 ν 的光子具有能量 E=hν，h 为 普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的某个电子全部吸收，而无需积累能量的时间。 电子把吸收光子的能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为该电子离开金属表面后的 动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程： h = m + A 2 0 2 1 （1） (1)式中，A 为金属的逸出功， 2 0 2 1 m 为光电子获得的初始动能