光電效應實驗

1、17實驗二光電效應實驗【預習重點】1、了解前人研究光電效應進程中的思維精華。2、體會數值微商法的應用意圖，弄清怎樣計算，怎樣作圖。3、復習直線擬合；了解曲線族的應用?！緦嶒災康摹勘緦嶒灹畈煌l率的單色光依次入射同一光電管，測繪伏安特性曲線族，用數值微商法確定不同光頻的遏止電勢差，經曲線族變換獲得遏止電勢差—光頻曲線，以此驗證愛因斯坦方程并求普朗克常數?！緦W史背景】光電效應作為信號轉換的一種重要方式，已制成光電管、光電倍增管等器中，廣泛地

2、應用在工農業生產、科教文衛和國防建設眾多領域中。但這絕不是光電效應的全部價值。更重要的是發現光電效應的過程本身，它曾經把人類認識自然的能力提升到一個嶄新高度，有力地推動了近代物理學的創立和發展。19世紀末，理論物理學者普朗克（MaxKarlErnstLudwigPlanck1858—1947）在前人的基礎上研究黑體輻射。1900年12月14日，他在德國物理學會例會上宣讀論文《關于正常光譜的能量分布定律》，公然挑戰有史以來默認物理量可以連

3、續變化的常規，提出石破天驚的能量量子化假設，拉開人類揭示微觀世界跳躍式變化規律的序幕。以其姓氏命名的普朗克常數，連同1900年12月14日這個非凡的日子一起載入量子論創立發展史冊，普朗克本人榮膺1918年度諾貝爾物理獎。普朗克量子假說最初并未引起太多注意，充其量被當作局限于個別問題僥幸成功的一個經驗公式。首先意識到深刻內涵并推動量子論發展的人是青年學者愛因斯坦（AlbertEinstein1879—1955）。愛因斯坦1905年在《關于

4、光的產生和轉化的一個試探性觀點》一文中高屋建瓴，把普朗克量子假說推廣到光輻射，發展為光量子（光子）概念，精辟解釋了此前已由赫茲、勒納德等人研究發現的光電效應奇特現象。當時，包括普朗克本人在內的許多物理學家都認為愛因斯坦走得太遠，太過分了。實驗物理學者密立根（RobertrewsMillikan1868—1953）抱著否定態度開展了杰出的試驗研究，他甚至把旋轉式微型剃刀裝進真空光電管中，以便隨時清除電極表面的氧化膜。密立根1916年發表的

5、實驗結果把贊成票轉而投向愛因斯坦。愛因斯坦和密立根分別于1921年和1923年獲得諾貝爾物理獎，他們的不朽業績和科學風范永遠昭示后人。因研究陰極射線獲1905年度諾貝爾物理獎的勒納德發明了一種光電管，實際上19頻＞0，有光電子產生且有剩余動能。只要外電路閉合，即使電源分壓U=0，光??電子也能到達陽極A形成光電流IA，IA的量值由μA表讀出。當U的極性K負A正時，電場對光電子加速，飛抵A的速度加快。如果光強不變，單位時間的入射光子數不變

6、，單位時間產生的光電子數也不變，從而單位時間到達A極的電子數不變。即使增大U，IA也不會增加，光電管進入正向飽和狀態，如圖2（a）虛線a段所示。當K正A負時，電場使光電子減速。|U|較小時，光電子到達A極速度尚不為零，雖然渡越時間變長，但單位時間進入A極的光電子數仍等于此間K極產生的光電子數，IA維持不變，如圖2（a）虛線b′段。進一步增大|U|直到Uv，光電子抵達A極前減速為零，剩余動能全部轉化為電場勢能eUv=，之后電子加速返回22

7、1?mvK極。因無電子進入A極，IA驟降為零，光電管進入反向截止狀態，如圖2（a）虛線c段，Uv就是該光電管對該光頻的遏止電勢差。此?時即便增大光強，雖能激發更多的光電子，但不能增加單個光電子動能，故IA≡0。光電流在Uv下驟降為零的特性稱為銳截止特性，銳截止的必要前圖2提是K極表面各處的逸出功W都是同一個確定量值。理想光電管并不存在，實際陰極材料的W值是不均勻的，有一個帶寬W△W；陰極表面淺層電子的初動能也不是一個定值，因而單一光頻激

8、發的光電子剩余動能大小不一。見圖二（b），當U趨負時，光電子從S點開始依次被遏止，IA沿實線b減小，直至Uv時，IA降為零，稱為遙截止特性。S點和ν點分別叫做曲線的肩部和趾部。S點開始被遏止的光電?子具有最小動能，可知它們是從陰極表面W最大的地方逸出的；直到Uv才被遏止的光電子具有最大剩余動能，顯然它們是從陰極表面W最小的地方逸出的。假如入射光單色性不好，光頻也具有帶寬△，則Uv還要左移。此時Uv對應于光頻??上限△而不是主頻，出現明顯