光电效应和普朗克常数的测定(1)
光电效应和普朗克常数的测定
1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。 2．测量普朗克常数h和逸出功W，验证爱因斯坦光电方程。 光电效应的实验原理如图1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U迁移构成光电流，改变外加电压，测量出光电流的大小，即可得AIAK出光电管的伏安特性曲线。
光电效应的基本实验事实如下：
（1） 对应于某一频率，光电效应的IU,关系如图2所示。从图中可见，对一定的AK
频率，有一电压U,,UUU，当时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压，AK000
被称为截止电压。
（2）U,UI后，迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流的大小与入射光的强IAK0M度成正比。 P
（3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。 （4）作截止电UvUv与频率的关系如图4所示。与成正比关系。当入射光频率低00于某极限值vv（随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电00
流产生。
（5）光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于v，在开始照0-9射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为10秒的数量级。
图3不同频率时图2同一频率，图4截止电压U光电管的伏安特不同光强时光v与入射光频率性曲 图1实验 电管的伏安特的关系图 原理图 性曲线
按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，
而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为
v的光子具有能量，为普朗克常数。当光子照射到金属
表
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面上时，一次为金属中Ehv,h
的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的
吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著
名的光电效应方程：
12 (1) hv,m,，A02
12式中，为金属的逸出功，为光电子获得的初始功能。 m,A02
由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位
比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为
零，此时有关系：
12 (2)eU,m,002
阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越
强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，
再增加UI时不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流的大小与入射光的强度成正PIAKM比。
光子的能量hv,A时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。产生光电效应的最0
低频率（截止频率）是v,A/h。 0
将（2）式代入（1）式可得：
eU,hv,A (3) 0
h此式表明截止电压vU是频率的线性函数，直线斜率，只要用实验方法得出K,0e不同的频率对应在的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数。 h
爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。
（1）粗测找到一定的v，I随U变化不明显的范围，然后较小改变电压逐点测定I值。
利用测量值画I～U曲线。利用直线与曲线的交点求出
?用不同频率下的vUU作曲线～，观察它是否符合爱因斯坦公式所表述的直线关00
系，并利用斜率求普朗克常数。用与竖线的截距求逸出功。
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