20xx光電效應(yīng)測(cè)普朗克常量實(shí)驗(yàn)報(bào)告2(編輯修改稿)
2025-01-11 22:06 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 光子能量hv小于W時(shí)，電子不能逸出金屬表面，因而沒(méi)有光電效應(yīng)產(chǎn)生；產(chǎn)生光電效應(yīng)的入射光最低頻率v0=W/h，稱(chēng)為光電效應(yīng)的極限頻率（又稱(chēng)紅限）。不同的金屬材料有不同的脫出功，因而υ0也是不同的。由（1）式可見(jiàn)，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能必然也越大，所以即使陰極不加電壓也會(huì)有光電子落入陽(yáng)極而形成光電流，甚至陽(yáng)極電位比陰極電位低時(shí)也會(huì)有光電子落到陽(yáng)極，直至陽(yáng)極電位低于某一數(shù)值時(shí)，所有光電子都不能到達(dá)陽(yáng)極，光電流才為零。這個(gè)相對(duì)于陰極為負(fù)值的陽(yáng)極電位
被稱(chēng)為光電效應(yīng)的截止電壓。
顯然，有
代入（1）式，即有
（3）
由上式可知，若光電子能量
，則不能產(chǎn)生光電子。產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低頻率是
（2）
，通常稱(chēng)為光電效應(yīng)的截止頻率。不同材料有不同的逸出功，因而也不同。由于光的強(qiáng)弱決定于光量子的數(shù)量，所以光電流與入射光的強(qiáng)度成正比。又因?yàn)橐粋€(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量，所以光電子獲得的能量與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，只與光子 ν的頻率成正比，將（3）式改寫(xiě)為
（4）
上式表明，截止電壓
是入射光頻率 ν的線(xiàn)性函數(shù)，如圖2，當(dāng)入射光的頻率
時(shí)，
截止電壓，沒(méi)有光電子逸出。圖中的直線(xiàn)的斜率是一個(gè)正的常數(shù)：
（5）
由此可見(jiàn)，只要用實(shí)驗(yàn)方法作出不同頻率下的
通過(guò)式（5）求出普朗克常數(shù) h。其中
曲線(xiàn)，并求出此曲線(xiàn)的斜率，就可以是電子的電量。
圖2 U0v 直線(xiàn)
2. 光電效應(yīng)的伏安特性曲線(xiàn)
圖3是利用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的原理圖。頻率為ν、強(qiáng)度為P的光線(xiàn)照射到光電管陰極上，即有光電子從陰極逸出。如在陰極K和陽(yáng)極A之間加正向電壓，它使K、A之間建立起的電場(chǎng)對(duì)從光電管陰極逸出的光電子起加速作用，隨著電壓
的增加，到達(dá)陽(yáng)極的光電子將逐漸增多。當(dāng)正向電壓
增加到
時(shí)，光電流達(dá)到最大，不再增加，此時(shí)即稱(chēng)為飽和狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的光電流即稱(chēng)為飽和光電流。
圖3 光電效應(yīng)原理圖
由于光電子從陰極表面逸出時(shí)具有一定的初速度，所以當(dāng)兩極間電位差為零時(shí)，仍有光電流I存在，若在兩極間施加一反向電壓，光電流隨之減少；當(dāng)反向電壓達(dá)到截止電壓時(shí)，光電流為零。
圖4 入射光頻率不同的I－U曲線(xiàn) 圖5 入射光強(qiáng)度不同的I－U曲線(xiàn) 愛(ài)因斯坦方程是在同種金屬做陰極和陽(yáng)極，且陽(yáng)極很小的理想狀態(tài)下導(dǎo)出的。實(shí)際上做陰極的金屬逸出功比作陽(yáng)極的金屬逸出功小，所以實(shí)驗(yàn)中存在著如下問(wèn)題：
(1） 暗電流和本底電流。當(dāng)光電管陰極沒(méi)有受到光線(xiàn)照射時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電子流，稱(chēng)為暗電流。它是由電子的熱運(yùn)動(dòng)和光電管管殼漏電等原因造成的。室內(nèi)各種漫反射光射入光電管造成的光電流稱(chēng)為本底電流。暗電流和本底電流隨著K、A之間電壓大小變化而變化。
（2） 陽(yáng)極電流。制作光電管陰極時(shí)，陽(yáng)極上也會(huì)被濺射有陰極材料，所以光入射到陽(yáng)極上或由陰極反射到陽(yáng)極上，陽(yáng)極上也有光電子發(fā)射，就形成陽(yáng)極電流。由于它們的存在，使得I～U曲
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