光电效应测普朗克常数思考题

光电效应测普朗克常数思考题
光电效应测普朗克常数思考题

光电效应测普朗克常数思考题
实验中通过改变入射光的频率,测出相应截止电压Us,在直角坐标中作出Us υ关系曲线,若它是一根直线,即证明了爱因斯坦方程的正确,并可由直线的斜率K=h/ υ,求出普朗克常数.
显然,测量普朗克常数的关键在于准确地测出不同频率υ所对应的截止电压Us,然而实际的光电管伏安特性曲线由于某种因素的影响与理想曲线（图4-4-2）是不同的.下面对这些因素给实验结果带来的影响进行分析、认识,并在数据处理中加以修正.
首先,由于光电管在加工制作和使用过程,阳极常会被溅射上光阴极材料,当光照射光阴极时,不可避免有部分光漫反射到阳极上,致使阳极也发射光电子,而外加反向电场对阳极发射的光电子成为一个加速场,它们很快到达阳极形成反向电流.
其次,光电管即使没有光照,在外加电压下也会有微弱电流通过,称为光电管的暗电流.产生暗电流的主要原因是极间绝缘电阻漏电（包括管座及玻璃壳内外表面的漏电）和阴极在常温下的热电子发射,暗电流与加电压基本上成线性关系.
由于上述两个原因的影响,实测的光电流实际上是阴极光电子发射形成的光电流、阳极光电子发射形成的反向电流和光电管暗电流的代数和.使实际的伏安特性曲线呈现图4-4-4所示形状,因此,真正的截止电压Us并不是曲线与U轴的交点,因为此时阴极光电流并未截止,当反向电压继续增大时,伏安特曲线将向反向电流继续延伸,达到B点时逐渐趋向饱和.B点所对应的应向电压才是对应频率υ下的截止电压.从整个曲线看,B点是负值电流的变化率开始增大的“抬头点”,所以在实际中确定截止电压Us是要准确地从伏安特性曲线中找出“抬头点”所对应的电压值.

在光的照射下，从金属表面释放电子的现象称为光电效应。光电效应的基本规律可归纳为：光电流与光强成正比；入射光频率低于某一临界值 时，不论光的强度如何，都没有光电子产生，称 为截止频率；光电子的动能与光强无关，与入射光频率成正比。
爱因斯坦突破了光能连续分布的观念，他认为光是以能量 的光量子的形式一份一份向外辐射。光电效应中，具有能量 的一个光子作用于金属中的一个自由电子，光子能量 或者被完全...

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在光的照射下，从金属表面释放电子的现象称为光电效应。光电效应的基本规律可归纳为：光电流与光强成正比；入射光频率低于某一临界值 时，不论光的强度如何，都没有光电子产生，称 为截止频率；光电子的动能与光强无关，与入射光频率成正比。
爱因斯坦突破了光能连续分布的观念，他认为光是以能量 的光量子的形式一份一份向外辐射。光电效应中，具有能量 的一个光子作用于金属中的一个自由电子，光子能量 或者被完全电子吸收，或者完全不吸收。电子吸收光子能量 后，一部分用于逸出功 ，剩余部分成为逸出电子的最大动能为
（1）
此式称为爱因斯坦方程。式中 为普朗克常数，公认值为6.626176×10-34 。即存在一截止频率，此时吸收的光子能量恰好用于电子逸出功，没有多余的动能。由上式可知，当 时，则 ，存在一截止频率 ，此时吸收的光子能量 恰好用于电子逸出功 ，没有多余能量。因而当 时没有光电流，只有入射光的频率 时才有光电流。由于不同金属的逸出功数值不同，所以有不同的截止频率。当 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，也会有光电子到达阳极，产生为光电流。
图 1
本实验采用减速电场法，如图1所示。单色光透过光电管的玻璃口照射到阴极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U0，以阻止光电子向阳极运动。随着反射电压U0的增加，到达阳极的电子数减少，光电流减少，当反向电压满足
（2）
将没有光电子到达阳极，光电流为零。称U0为截止电压。由（1）和（2）两式得
即
（3）
将 代入（3）式有
（4）
（4）式表明，对同一种光电阴极材料制成的光电管，其截止电压U0和入射光频率 成线性关系。直线斜率k=h/e。当 时，U0=0，没有光电子逸出。
对于不同频率的光，可以得到与之对应的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U0～ 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的值。
对于本实验还需要说明
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)阳极上沉积有阴极材料，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。
由于以上原因，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，真正的截止电压在该曲线的直线部分与曲线部分相接的点C处，如图2所示。
图 2

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