1、本學期綜合成績=平時成績50%+考試成績50%,物理實驗課程最終成績=上學期綜合成績50%+本學期綜合成績50%,光電效應,主講教師：王雷妮,引言,光電效應 一定頻率的光照射在金屬表面時會有電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象。 愛因斯坦由光子假設得出了著名的光電效應方程，解釋了光電效應的實驗結果。,實驗目的,1、了解光電效應的規(guī)律，理解愛因斯坦光電方程的物理意義； 2、測量普朗克常數(shù) h，測定光電管的光電特性曲線。,光電效應原理（一） 愛因斯坦的光電效應方程：,當光子照到金屬表面時，一個光子的能量一次為金屬中的一個電子全部吸收，而不需積累能量的時間。電子把這能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引力而作功

2、WS，余下的就成為電子離開金屬表面后的動能。,臨界頻率：,hv:光子能量,Ws:克服金屬表面吸引做功,EP= mv2:電子溢出所具有的動能,光電效應原理（二） 實驗規(guī)律,1、光電效應是瞬時效應，當光照射到金屬表面時，幾乎立即就有光電子逸出。 2、僅當nn0 （截止頻率）時才發(fā)生光電效應，截止頻率與材料有關，但與入射光強無關。,實驗儀器及原理（一）,光電效應實驗原理圖,某一頻率下,某一光強時光電管的伏安特性曲線,實驗中將光電管電極A和陰極K間加上反向電壓 UAK=US（A接負極），它對光電子運動起著減速的作用，隨著反向電壓的增加，到達陽極的光電子的數(shù)目相應減少，光電流減小。當UAK = - U0

3、 時，光電流降為零。此時光電子的初動能全部用于克服反向電場的作用，即eUS=Ep=hv-WS,實驗儀器及原理（二） 實驗規(guī)律,1、這是一個線性方程，可以用最小二乘法處理數(shù)據(jù)。 2、截止電壓US 與入射光頻率具有線性關系。 3、在同一頻率下，飽和光電流強度 Im 正比于入射光強 P。,同一頻率,不同入射光強時IUAK曲線,US n 曲線,暗電流，它是由陰極在常溫下的熱電子發(fā)射形 成的熱電流和封閉在暗盒里的光電管在外加電壓下因管子陰極和陽極間絕緣電阻漏電而產(chǎn) 生的漏電流兩部分組成。 陽極反向電流，由于制作光電管時陽極上往往濉有陰極材料，所以當光照射到陽極上和雜散光漫射 到陽極上時，陽極上往往有光電

4、子發(fā)射。,實驗儀器,1電流量程調(diào)節(jié)旋鈕及其量程指示； 2光電管輸出微電流指示表； 3光電管工作電壓指示表； 4微電流指示表調(diào)零旋鈕； 5光電管工作電壓調(diào)節(jié)（粗調(diào)）； 6光電管工作電壓調(diào)節(jié)（細調(diào)）； 7光電管工作電壓轉換按鈕：按鈕釋放測量截止電位，按鈕按下測量伏安特性；,8光電管暗箱； 9濾色片，光闌（可調(diào)節(jié)）總成； 10檔光罩； 11汞燈電源箱； 12汞燈燈箱。,汞燈譜線（單色光）,測量前的準備,1、蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光蓋，將光電管與汞燈距離調(diào)整并保持在400 mm，接通測試儀及汞燈電源，預熱約20 min。（注意：汞燈一旦開啟，不要隨意關閉） 2、測試儀調(diào)零：蓋上光電管暗箱和汞燈的遮光

5、蓋，“電壓”選 擇 “截止頻率測試”，“電流量程”選擇在10-13 A檔，旋轉“電流調(diào)零” 旋鈕使“電流表”指示為零。 （注意：每次調(diào)換“電流量程”，都應重新調(diào)零) 3、調(diào)整光路：先取下光電管暗箱遮光蓋，將光闌直徑調(diào)節(jié)為 4 mm，波長為365 nm的濾光片旋轉到光電管入射窗孔前，再取下汞燈的遮光蓋，使汞燈的出射光對準光電管入射窗孔。（注意：嚴禁讓汞光不經(jīng)過濾光片直接入射光電管）,測量（一） 普朗克常數(shù)的測量,1、將“電壓”選擇按鍵置于“截止頻率測試”檔，“電流量程”選擇在10-13 A檔并重新調(diào)零。將直徑為4 mm的光闌及波長為365.0 nm的濾光片旋轉到光電管入射窗孔前。 2、測量該波長

6、對應的截止電壓值，記錄于表1中。 3、換上405 nm、436 nm、546 nm、577 nm濾光片，重復上述步驟。 4、使用最小二乘法對以上數(shù)據(jù)進行直線擬合，計算普朗克常數(shù)h，并得到h的誤差Ur(h)。,相對誤差：,最小二乘法處理數(shù)據(jù)：,4,測量（二） 光電管伏安特性曲線的測量,1、將“電壓”選擇按鍵置于“伏安特性測試”檔，將“電流量程”選擇開關置于10-10 A并重新調(diào)零，將直徑為4 mm的光闌及波長436 nm的濾光片插在光電管入射窗孔前。 2、手動調(diào)節(jié)從2 V開始由低到高調(diào)節(jié)電壓，直至30 V（不高于30 V）,電壓取值間隔為1 V。 3、換上直徑為4 mm的光闌以及546 nm的濾光片，重復上述步驟。,4,436,測量（三） 光電管光強與飽和電流關系曲線的測量,在UAK為30V時，將“電流量程”選擇開關置于10-10 A。在同一入射頻率，同一光闌下下，記錄入射距離可以分別為300mm、320mm、340mm、360mm、380mm和400mm時對應的電流值。,數(shù)據(jù)處理,1、 用最小二乘法處理數(shù)據(jù)，獲得普朗克常數(shù)h及其相對誤差。 2、進行誤差分析。 3、繪制表2中的伏安特性曲線。（注意需要將兩種不同波長的光的伏安曲線畫在同一坐標下）,實驗分析,1、實驗中光電管的飽和電流與入射發(fā)光光強之間的關系. 2、測量截止電壓時，會發(fā)現(xiàn)有反向電流存