實驗講義-光電效應和普朗克常數的測量

1、1實驗實驗光電效應光電效應和普朗克常數的測量和普朗克常數的測量1887年德國物理學家H.R.赫茲發現電火花間隙受到紫外線照射時會產生更強的電火花。赫茲的論文《紫外光對放電的影響》發表在1887年《物理學年鑒》上。論文詳細描述了他的發現。赫茲的論文發表后，立即引起了廣泛的反響，許多物理學家紛紛對此現象進行了研究，用紫外光或波長更短的X光照射一些金屬，都觀察到金屬表面有電子逸出的現象，稱之為光電效應。對光電效應現象的研究，使人們進一步認識到

2、光的波粒二象性的本質，促進了光量子理論的建立和近代物理學的發展，現在光電效應以及根據光電效應制成的各種光電器件已被廣泛地應用于工農業生產、科研和國防等各領域?！緦嶒災康膶嶒災康摹竣偻ㄟ^實驗加深對光的量子性的認識；②驗證愛因斯坦方程，并測量普朗克常數以及陰極材料的“紅限”頻率?！緦嶒炘韺嶒炘怼恳?、光電效應及其實驗規律一、光電效應及其實驗規律當一定頻率的光照射到某些金屬表面上時，可以使電子從金屬表面逸出，這種現象稱為光電效應，所產生的電

3、子稱為光電子。研究光電效應的實驗裝置如圖4.3.1所示，入射光照射到陰極K時，由光電效應產生的光電子以某一初動能飛出，光電子受電場力的作用向陽極A遷移而構成光電流。一定頻率的光照射陰極K所得到的光電流和兩極間的電壓的實驗曲線如圖4.3.2所示。隨著IU光電管兩端電壓的增大光電流趨于一個飽和值，當≤時，光電流為零，稱為mIUSUSU反向遏止電壓?？偨Y所有的實驗結果，光電效應的實驗規律可歸納為：（1（對于一種陰極材料，當照射光的頻率確定時，

4、飽和光電流的大小與入射光的強mI度成正比。kAGAV入射光光電管圖4.3.1光電效應實驗裝置示意圖0USU圖4.3.2U——I特性曲線3說明照射光的頻率小于時不會有光電子發射。不同的金屬其值不同，但所有的金屬直0?0?線的斜率卻是不變的。密立根于1916年發表論文證實了愛因斯坦方程的正確性，并直接運用光電方法對普朗克常數作了首次測量。h歷經十年，密立根用實驗證實了愛因斯坦的光量子理論。兩位物理大師因在光電效應等方面的杰出貢獻，分別于19

5、21和1923年獲得諾貝爾物理學獎。光量子理論創立后，在固體比熱，輻射理論，原子光譜等方面都獲得成功，人們逐步認識到光具有波動和粒子二象屬性。光子的能量與頻率有關，當光傳播時，顯示?hE?出光的波動性，產生干涉，衍射，偏振等現象；當光和物體發生作用時，它的粒子性又突出了出來。后來科學家發現波粒二象性是一切微觀物體的固有屬性，并發展了量子力學來描述和解釋微觀物體的運動規律，使人們對客觀世界的認識前進了一大步。三、普朗克常數的測量原理三、普

6、朗克常數的測量原理根據愛因斯坦光電效應方程（4.3.2）式、截止電壓與光電子的最大初動能的關系SU（4.3.2）式以及“紅限”頻率與逸出金屬表面所需的功之間的關系（4.3.3）式，可0?W得到：（4.3.4）)(0????hUeS此式表明截止電壓是頻率?的線性函數，相應的曲線SU如圖4.3.4所示，可知直線的斜率為：??SU（4.3.5）ehk?直線的延長線對縱軸的截距為??SU（4.3.6）eWU?0直線與橫軸的交點為陰極材料的“紅限

7、”頻率。??SU0?綜上所述，通過用不同頻率的光照射陰極，測得相應的截止電壓，得出關系，??SU即可求得、、。h0?W四、影響準確測量截止電壓的因素四、影響準確測量截止電壓的因素測量普朗克常數的關鍵是正確的測出截止電壓，但實際上由于光電管制作工藝等hSU原因，給準確測定截止電壓帶來了一定的困難。實際測量的光電管伏安特性曲線與理論曲線有明顯的偏差，引起這種偏差的主要原因有：（1）在無光照時，也會產生電流，稱之為暗電流。它是由陰極在常溫下的