光电效应
实验目的:
(1)了解光电效应的规律,加深对光的量子性的理解
(2)测量普朗克常量h。
实验仪器:
ZKY-GD-4 光电效应实验仪
1 微电流放大器
2 光电管工作电源
3 光电管
4 滤色片
5 汞灯
实验原理:
原理图如右图所示:入射光照射到光电管阴极K
上,产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光
电流。
改变外加电压V AK,测量出光电流I的大小,即可
得出光电管得伏安特性曲线。
1)对于某一频率,光电效应I-V AK关系如图所示。
从图中可见,对于一定频率,有一电压V0,当V AK≤V0时,电流为0,这个电压V0叫做截止电压。
2)当V AK≥V0后,电流I迅速增大,然后趋于饱和,饱和光电流IM的大小与入射光的强度成正比。
3)对于不同频率的光来说,其截止频率的数值不同,如右图:
4) 对于截止频率V0与频率的关系图如下所示。
V0与成正比关系。
当入射光的频率低于某极限值时,不论发光强度如何大、照射时间如何长,都没有光电流产生。
5)光电流效应是瞬时效应。
即使光电流的发光强度非常微弱,只要频率大于,在开始照射后立即就要光电子产生,所经过的时间之多为10-9s的数量级。
实验内容及测量:
1 将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上,打开汞灯遮光盖。
从低到高调节电压(绝对值减小),观察电流值的变化,寻找电流为零时对应的V AK值,以
由图可知:直线的方程是:y=0.4098x-1.6988 所以: h/e=0.4098×,
当y=0,即时,,即该金属的截止频率为。
也就是说,如果入射光如果频率低于上值时,不管光强多大也不能产生光电流;频率高于上值,就可以产生光电流。
根据线性回归理论:
可得:k=0.40975,与EXCEL给出的直线斜率相同。
我们知道普朗克常量, 所以,相对误差:
2 测量光电管的伏安特性曲线
1)用435.8nm的滤色片和4mm的光阑
由上图可知:
1)光电流随管压降的增大而逐渐增大。
在增大的过程中,增长速度由快变慢最终达到饱和。
这一点在546.1nm的伏安特性中可以清楚地看出。
2)当管压降相同时,比较两个不同波长的光电流可以发现:波长长的,即频率小的(546.1nm)光电流小;波长短的,即频率大的(435.8nm)光电流大。
这也间接证明了爱因斯坦的光电流方程:。
对于同一种金属,溢出功A
相等,频率高的就能得到更大的动能来克服金属的束缚,从而形成更大的光电流。
3. 保持管压降不变,调整光阑的直径,分别为:2mm, 4mm, 8mm。
测量
我们可以看出:
1)同一种波长下,光电流随光阑直径的增大而增大。
由于数据点有限,不能表明光阑面积(即光强的大小)同光电流的具体关系,是否是线性的,也就无从得知。
所画出的图形如下:
2)不同波长下,若光阑直径相等,即光强相同,光的频率越大,光电流越大;并且,频率大的光变化也快。
在光强较弱时,不同的光产生的光电流大小相差无几,但当光强变大后,两者差距逐渐变大。
4 在的情况下,保证光阑直径为8mm,测量两种光强下,光电流与入射
改变光阑直径所得结论相一致。
对于不同的光波,频率大的光在相同的光强条件下,获得的光电流较大。
实验总结:
1)实验中改变入射距离处误差最大,所以只能做定性分析,不能用于定量计算。
2)通过实验得到了普朗克常数,也验证了爱因斯坦的光电效应方程。
3)EXCEL表格中所得到的线性方程也是利用了线性回归理论,可见线性回归理论在处理数据中有很重要的应用。
4)实验中由汞灯产生的不同波长的光的强度本身也应该有所差别,546.1nm和435.8nm的光的强度应该是不相同的。
所以对于实验中的光强也无法做到定量研究。