光电效应测普朗克常数思考
题
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一、什么是光电效应(内光电效应、外光电效应、单光子光电效应、多光子光电效应),什么是电光效应,
光电效应:当光线照射在金属
表
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面时，金属中有电子逸出产生电流的现象。
内光电效应:被光激发所产生的载流子(自由电子或空穴)仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。
外光电效应:在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。
单光子光电效应，也就是每个电子同一时间只吸收一个光子;当单位体积内同时相互作用的能量子的数目大到使得发射光的能量子可以从几个入射能量子中取得能量，这就是多光子光电效应。
电光效应:将物质置于电场中时，物质的光学性质发生变化的现象。某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，物质的折射率因外加电场而发生变化的现象为电光效应。电光效应包括泡克耳斯(Pockels)效应和克尔(Kerr)效应。
二、普朗克常量的重要性
普朗克常数的发现, 在物理学的发展史上具有划时代的意义,它是现代物理学中最重要的物理常数之一，它区分为宏观客体和微观客体的界限。在量子力学中占有重要的角色，马克思普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现，只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的进行的，计算的结果和试验的结果相符。这样的一份能量叫做能量子，每一份能量子等于hv,v为辐射电磁波的频率，h为一个常数。叫普朗克常数。它第一次表明了辐射能量的不连续性,这是现代物理学中富有革命性的事件。由于它的发现,物理学进入了一个全新的时代, 这个理论物理学的新概念导致了量子理论的建立。普朗克常数h 的发现, 标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”, 它在系统中所起的作用能否被忽略,成为区分宏观客体和微观客体的界限。
四、光电效应实验及其理论探索的历史。
1、理论发展历史
光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用。
1887年，首先是赫兹(M.Hertz)在证明波动理论实验中首次发现的。当时，赫兹发现，两个锌质小球之一用紫外线照射，则在两个小球之间就非常容易跳过电花。
大约1900年，马克思?普朗克(Max Planck)对光电效应作出最初解释，并引出了光具有的能量包裹式能量(quantised)这一理论。他给这一理论归咎成一个等式，也就是 E=hf ，E就是光所具有的“包裹式”能量， h是一个常数，统称布兰科(普朗克)常数(Planck's constant)，而f就是光源的频率。也就是说，光能的强弱是有其频率而决定的。但就是布兰科(普朗克)自己对于光线是包裹式的说法也不太肯定。
1902年，勒纳(Lenard)也对其进行了研究，指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。但无法根据当时的理论加以解释
1905年，爱因斯坦26岁时提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。他进一步推广了布兰科的理论，并导出公式，Ek=hf-W，W便是所需将电子从金属表面上自由化的能量。而Ek就是电子自由后具有的动能。
2、光电效应实验研究
1887年，赫兹在做证实麦克斯韦的电磁理论的火花放电实验时，偶然发现了光电效应。赫兹用两套放电电极做实验，一套产生振荡，发出电磁波;另一套作为接收器。他意外发现，如果接收电磁波的电极受到紫外线的照射，火花放电就变得容易产生。赫兹的论文《紫外线对放电的影响》发表后，引起物理学界广泛的注意，许多物理学家进行了进一步的实验研究。
1888年，德国物理学家霍尔瓦克斯(Wilhelm Hallwachs)证实，这是由于在放电间隙内出现了荷电体的缘故。
1899年，J?J?汤姆孙用巧妙的
方法
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测得产生的光电流的荷质比，获得的值与阴极射线粒子的荷质比相近，这就说明产生的光电流和阴极射线一样是电子流。这样，物理学家就认识到，这一现象的实质是由于光(特别是紫外光)照射到金属表面使金属内部的自由电子获得更大的动能，因而从金属表面逃逸出来的一种现象。
1899—1902年，勒纳德(P?Lenard，1862—1947)对光电效应进行了系统的研究，并首先将这一现象称为“光电效应”。为了研究光电子从金属表面逸出时所具有的能量，勒纳德在电极间加一可调节反向电压，直到使光电流截止，从反向电压的截止值，可以推算电子逸出金属表面时的最大速度。他选用不同的金属
材料
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，用不同的光源照射，对反向电压的截止值进行了研究，并总结出了光电效应的一些实验规律。根据动能定理:qU=mv^2/2，可计算出发射出电子的能量。可得出:hf=(1/2)mv^2+I+W
深入的实验发现的规律与经典理论存在诸多矛盾，但许多物理学家还是想在经典电磁理论的框架内解释光电效应的实验规律。勒纳德在1902年提出触发假说，假设在电子的发射过程中，光只起触发作用，电子原本就是以某一速度在原子内部运动，光照射到原子上，只要光的频率与电子本身的振动频率一致，就发生共
振，电子就以其自身的速度从原子内部逸出。勒纳德认为，原子里电子的振动频率是特定的，只有频率合适的光才能起触发作用。勒纳德的假说在当时很有影响，被一些物理学家接受。但是，不久，勒纳德的触发假说被他自己的实验否定。当时，还有一些物理学家试图把光电效应解释为一种共振现象。
四、还有什么方法可以测普朗克常数h,
利用黑体辐射定律、康普顿响应和轫致辐射均可以测出普朗克常数h的大小。
1、 光电效应法(补偿法、零电流法、拐点法)
2、 X 射线光电效应法
3、 X 射线原子游离法
4、 黑体辐射计算法
5、 电子衍射法
6、 康普顿波长移位法
7、 X 射线连续谱短波限法
8、 电子- 正电子对湮没辐射法
9、 1962 年由约瑟夫森提出的测定2 e/ h 的交流约瑟夫森效应法
10、由冯?克利青于1980 年发现的量子霍尔效应, 测定h/ e2 的量子
霍尔效应法
11、由英国国家物理实验室的基布尔等人于1990 年采用的直接测定h
的通电动圈法
12、用磁化率测量普朗克常量(基于测量弱磁物质磁化率的基本原理,
使用大学物理实验用的( Gouy) 磁天平)
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