光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)講義

1、光電效應(yīng)法測(cè)定普朗克常數(shù)光電效應(yīng)法測(cè)定普朗克常數(shù)一、實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用背景介紹光電效應(yīng)是指一定頻率的光照射在金屬表面時(shí)會(huì)有電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象。1887年物理學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電磁波的存在時(shí)發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，但是這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無法用當(dāng)時(shí)人們所熟知的電磁波理論加以解釋。1905年，愛因斯坦大膽地把普朗克在進(jìn)行黑體輻射研究過程中提出的輻射能量不連續(xù)觀點(diǎn)應(yīng)用于光輻射，提出“光量子”概念，從而成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。1916年密立根通過光電效應(yīng)對(duì)普朗

2、克常數(shù)的精確測(cè)量，證實(shí)了愛因斯坦方程的正確性，并精確地測(cè)出了普朗克常數(shù)。愛因斯坦與密立根都因光電效應(yīng)等方面的杰出貢獻(xiàn)，分別于1921年和1923年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)于認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)及早期量子理論的發(fā)展，具有里程碑式的意義。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光電效應(yīng)已廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和許多科技領(lǐng)域。利用光電效應(yīng)制成的光電器件，如光電管、光電池、光電倍增管等，已成為生產(chǎn)和科研中不可缺少的器件。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)要求1、定性分析光電效應(yīng)規(guī)

3、律，通過光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解光的量子性；2、學(xué)習(xí)驗(yàn)證愛因斯坦光電方程的實(shí)驗(yàn)方法，并測(cè)定普朗克常數(shù)h；3、進(jìn)一步練習(xí)利用線性回歸和作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。三、實(shí)驗(yàn)原理光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。入射光照射到光電管陰極K上，產(chǎn)生的光電子在電場(chǎng)的作用下向陽極A遷移構(gòu)成光電流，改變外加電壓UAK，測(cè)量出光電流I的大小，即可得出光電管的伏安特性曲線。光電效應(yīng)的基本實(shí)驗(yàn)事實(shí)如下：AKAVUAK圖1實(shí)驗(yàn)原理圖IP1P2U0UAK圖2同一頻率不同光強(qiáng)時(shí)

4、光電管的伏安特性曲線I?1?2U01U02UAK圖3不同頻率時(shí)光電管的伏安特性曲線U0斜率he?0?圖4截止電壓U與入射光頻率?的關(guān)系圖驗(yàn)方法得出不同的頻率對(duì)應(yīng)的截止電壓，求出直線斜率，就可算出普朗克常數(shù)h。愛因斯坦的光量子理論成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律。四、實(shí)驗(yàn)儀器介紹光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀ZKYGD4由光電檢測(cè)裝置和實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)兩部分組成。光電檢測(cè)裝置包括：光電管暗盒，高壓汞燈燈箱，高壓汞燈電源和實(shí)驗(yàn)基準(zhǔn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)主機(jī)為GD4型光電效應(yīng)（普朗克

5、常數(shù)）實(shí)驗(yàn)儀，該實(shí)驗(yàn)儀是由微電流放大器和掃描電壓源發(fā)生器兩部分組成的整體儀器。儀器結(jié)構(gòu)如圖5所示。1234561汞燈電源2汞燈3濾色片4光闌5光電管6基座實(shí)驗(yàn)儀有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式，具有數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)顯示采集曲線（連接普通示波器，可同時(shí)顯示5個(gè)存儲(chǔ)區(qū)中存儲(chǔ)的曲線），及采集完成后查詢數(shù)據(jù)的功能。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作提示（1）測(cè)試前準(zhǔn)備：將實(shí)驗(yàn)儀及汞燈電源接通（汞燈及光電管暗盒遮光蓋蓋上），預(yù)熱20分鐘。調(diào)整光

6、電管與汞燈距離為約40cm并保持不變。用專用連接線將光電管暗箱電壓輸入端與實(shí)驗(yàn)儀電壓輸出端（后面板上）連接起來（紅—紅，藍(lán)—藍(lán)）。務(wù)必反務(wù)必反復(fù)檢查復(fù)檢查切勿連錯(cuò)?。ū緦?shí)驗(yàn)已連接好，請(qǐng)不要更改）切勿連錯(cuò)?。ū緦?shí)驗(yàn)已連接好，請(qǐng)不要更改）將“電流量程”選擇開關(guān)置于所選檔位，進(jìn)行測(cè)試前調(diào)零。調(diào)零時(shí)應(yīng)將光電管暗盒電流輸出端K與實(shí)驗(yàn)儀微電流輸入端（后面板上）斷開，且必須斷開連線的實(shí)驗(yàn)儀一端。旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”旋鈕使電流指示為000.0。調(diào)節(jié)好后，用高頻