大学物理实验光电效应1课件.ppt

1、实验仪器实验仪器高压汞灯，滤色片，光电管及光电管暗盒，MCPH20型光电效应试验仪仪器的连接仪器的连接1.如如88页图页图3.13-4连接电路连接电路2.将高压汞灯出光口的高度调节和光电管暗盒入光将高压汞灯出光口的高度调节和光电管暗盒入光口等高口等高3.高压汞灯距离光电管暗盒高压汞灯距离光电管暗盒3035cm对齐放好，不对齐放好，不要再动要再动实验目的实验目的1.了解光电效应的基本规律，加深对光的量子性的了解光电效应的基本规律，加深对光的量子性的理解。理解。2.验证爱因斯坦光电方程，测量普朗克常数。验证爱因斯坦光电方程，测量普朗克常数。212smhWm346.6262 10hJ S何为光电效应

2、何为光电效应 当光照射在物体上时，光的能量只有部分以当光照射在物体上时，光的能量只有部分以热的形式被物体所吸收，而另一部分则转换为物热的形式被物体所吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使这些电子逸出物体表面，体中某些电子的能量，使这些电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应。这种现象称为光电效应。爱因斯坦光子假说爱因斯坦光子假说 表面上看起来连续的光波是量子化的。单色表面上看起来连续的光波是量子化的。单色光由大量不连续的光子组成。光由大量不连续的光子组成。 若单色光频率为若单色光频率为 ，那么每个光子的能量为，那么每个光子的能量为Eh212smhWm346.6262 10hJ S光电效

3、应的机理光电效应的机理 当光照射到金属表面时，被原子束缚的某个当光照射到金属表面时，被原子束缚的某个电子全部吸收一个光子的能量电子全部吸收一个光子的能量 ，这个能量的，这个能量的一部分消耗在从金属表面逸出时克服金属内正电一部分消耗在从金属表面逸出时克服金属内正电荷的吸引做的功（逸出功），一部分成为电子刚荷的吸引做的功（逸出功），一部分成为电子刚逸出金属表面时的最大初动能。逸出功与金属的逸出金属表面时的最大初动能。逸出功与金属的种类有关，若以种类有关，若以 表示，则爱因斯坦方程为表示，则爱因斯坦方程为hsW 普朗克常量普朗克常量h是一个重要的物理常量。凡是涉及是一个重要的物理常量。凡是涉及到到h

4、的物理现象都是量子现象。的物理现象都是量子现象。若若0shW则没有光电子逸出则没有光电子逸出即光电效应存在一截止频率即光电效应存在一截止频率0sWh只有当只有当0时才逸出光电子时才逸出光电子212smhWm光电效应基本规律光电效应基本规律2.饱和光电流饱和光电流与光强成正比与光强成正比3.光电子的动能与光强无关，但与入射光的频率成正光电子的动能与光强无关，但与入射光的频率成正比比4.光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光电子电子1.光电效应存在一个阈频率光电效应存在一个阈频率(截止频率截止频率)，当入射光的，当入射光的频率频率 低于某一阈值低于

5、某一阈值 时，不论光强如何，都没有时，不论光强如何，都没有光电子产生光电子产生0光电效应的重要意义光电效应的重要意义 光子概念的提出，揭示出光具有波粒二象性，光子概念的提出，揭示出光具有波粒二象性，使人们对光的本性认识有了一个新的飞跃，对物使人们对光的本性认识有了一个新的飞跃，对物理学的发展，特别是量子理论的建立，具有重要理学的发展，特别是量子理论的建立，具有重要的意义。的意义。 光电效应作为信号转换的一种重要方式，已光电效应作为信号转换的一种重要方式，已制成光电管、光电倍增管等器中，广泛地应用在制成光电管、光电倍增管等器中，广泛地应用在工农业生产、科教文卫和国防建设众多领域中。工农业生产、科

6、教文卫和国防建设众多领域中。 实验原理实验原理反反向向光电流光电流212seUm0sWh将将212smhWm代入代入得到得到0shhUeesUba0shhUee通过实验中测量不同频率下的通过实验中测量不同频率下的 ，作出，作出 曲线曲线sUsU如果是一条直线，就从实验上验证了爱因斯坦方程如果是一条直线，就从实验上验证了爱因斯坦方程Why14(10 Hz)(V)sU0sW e由直线的斜率由直线的斜率bh e可以求出普朗克常量可以求出普朗克常量h实验步骤实验步骤1.仪器调零仪器调零2.选择好某一波长的入射光，自动或手动方法测选择好某一波长的入射光，自动或手动方法测量量I随随U变化的数据，并记录（前

7、三次自动，第变化的数据，并记录（前三次自动，第四次手动）四次手动）3.更换滤色片，选择其它波长，重复第更换滤色片，选择其它波长，重复第2项的实项的实验内容验内容实验后期数据处理实验后期数据处理2.四个截止电压四个截止电压 和分别对应的入射光频率和分别对应的入射光频率 做做 曲线曲线（坐标纸描点作图坐标纸描点作图）sUsU3.用作图法或用作图法或最小二乘法最小二乘法求斜率求斜率b4.然后然后计算计算普朗克常数普朗克常数h、逸出功、逸出功 和截止频率和截止频率sW01.做各波长的做各波长的IU曲线曲线（记录数据电脑作图）（记录数据电脑作图），用反向电流趋，用反向电流趋向饱和的拐点电位作为该波长的光

8、对应的截止电压向饱和的拐点电位作为该波长的光对应的截止电压 (拐点拐点电位的确定电位的确定) sU误差误差0r0E100%xxx测量值真值相对误差真值rE5%346.6260.3310J Sh回答问题：思考题15.496.887.418.221.151.351.952.2514(10 Hz)(V)sU140.417 101.244sU346.672 10J Sh1402.98 10 Hz191.99 10JsW 只要光的频率超过某一极限频率，受光照射只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸出光电子，发生光电效应。的金属表面立即就会逸出光电子，发生光电效应。当在金属外面加一个闭

9、合电路，加上正向电源，当在金属外面加一个闭合电路，加上正向电源，这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的光这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的光电流。光电流的大小要受到光电子数量的约束，电流。光电流的大小要受到光电子数量的约束，有一个最大值，这个值就是有一个最大值，这个值就是饱和电流饱和电流。 饱和光电流饱和光电流Us的确定的确定拐点拐点sUUIsI拐点拐点sUUIsIUs曲线的拟合曲线的拟合最小二乘法最小二乘法( )x11()x22()x33()x44()x()sy U11()sy U22()sy U33()sy U44()sy UsUbaaybx 22xyxybxx11niixxn11niiyyn11niiixyx yn2211niixxn