实验原理

当一定频率的光照射在某些金属表面时,可以使电子从金属表面溢出,这种现象称为光电效应;所产生的电子称为光子。光电效应中,具有能量hv的一个光子作用于金属中的一个自由电子,光子能量hv或者波电子全部吸收,或者完全不吸收。电子吸收光子能量hv后,一部分用于逸出功   ,剩余部分成为逸出电子的最大动能: 

此式称爱因斯坦方程,式中h为普朗克常数,公认值为6.62916×10-34J。当hv-eφ=0时,则1/2mv2=0即存在一截止频率 v0,此时吸收的光子能量 hv,恰好用于电子逸出功eφ没有多余的动能。因而当hv< eφ时没有光电流,只有入射光的频率V>V0时才有光电流。不同金属的逸出功数值不同。所以有不同的截止频率。当V>V0时光电子具有较大动能,在阳极不加电压,甚至阳极电位低于阴极电位时,也会有光电子到这阳极形成光电流。

 

 

光电流输入功率之间的关系。选取不同的输入功率,观察是否有光电流输出。

本实验采用减速电场法。单色光透过光电管的玻璃窗口照射到阴极K上,从K发射出的光电子向阳极A运动,在阳极加上相对阴极为负的电压,以阻止光电子向阳极运动。随着反向电压U0的增加,到这阳极的电子数减少。光电流减小,如反向电压U0满足

没有光电子到达阳极,光电流为零。称U0为截止电压。将此式代入爱因斯坦方程有

式中的e为电子电量。上式表明,对同一种光电阴极材料制成的光电管,其截止电压 U。和入射光频率 v 成线性关系。直线斜率k=h/e。当v=v0时,U0=0没有光电子逸出。对于不同频率的光,可以得到与之相对应的I-U特性(光电伏安特性)曲线和截止电压U0的值,可在方格坐标纸上作出U。-V图线。根据已知的电子电量e值和图线斜率k即可确定普朗克常数h (h=eK)。

对于本实验,还需指出:

1.暗盒中的光电管即使没有光照射、在外加电压下也会有微弱电流.称暗电流。其主要原因是极间绝缘电阻漏电和阴极在常温下的热电子发射等。暗电流与外加电压基本上成线性关系。

2.阳板上沉积有吸附材料,遇到由阴极散射的光或其它杂散光的照射.也会发射光电子,反向的电压对阳极发射的光电子起加速作用,形成反向饱和电流。由于上述原因,致使实测曲线光电流为零时所对应的电压并不是截止电压.真正的截止电压U0在该曲线的直线部分与曲线部分相接的点C。

注意事项

1.微电流测量放大器必须充分预热测量方能准确。

2.为避免强光直射阴极缩短光电管寿命,更换滤色片时以及实验完毕后用遮光罩盖住光电管暗盒进光窗。

3.保持滤色片表面光洁,小心使用防止损坏。更换滤色片时务必平整套架,以免除不必要的折光带来实验误差。

4. 实验中应减少杂散光的干扰。

5. 作图的毫米方格纸大小要合适,以保证测量数据的精度不受损害。

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