2025年光电效应实验研究报告及数据分析.docVIP

南昌大学物理试验汇报

学生姓名：学号：专业班级：材料124班

试验時间：10時00分第十一周星期四座位号：28

试验名称：光电效应

二、试验目的:

1、通过试验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，理解光电效应的基本规律；

2、掌握用光电管进行光电效应研究的措施；

3、学习对光电管伏安特性曲线的处理措施，并用以测定普朗克常数。

三、试验仪器：

光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪

四、试验原理：

1、光电效应与爱因斯坦方程

用合适频率的光照射在某些金属表面上時，会有电子从金属表面逸出，这种現象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。為理解释光电效应現象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认為对于频率為的光波，每个光子的能量為，其中h=6.626為普朗克常数。

按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞時，光子把所有能量传递給电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其他的能量则成為该光电子逸出金属表面后的动能。爱因斯坦提出了著名的光电方程：

（1）

式中，?為入射光的频率，為电子的质量，?為光电子逸出金属表面的初速度，為被光线照射的金属材料的逸出功，1/2mv2為从金属逸出的光电子的最大初动能。

由（1）式可見，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，因此虽然阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低時也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值時，所有光电子都不能抵达阳极，光电流才為零。这个相对于阴极為负值的阳极电位被称為光电效应的截止电压。显然，有eu0-1/2mv2=0（2）代入上式既有

（3）

由上式可知，若光电子能量h+??W，则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是?0=W/h，一般称為光电效应的截止频率。不一样材料有不一样的逸出功，因而?0也不一样。由于光的强弱决定于光量子的数量，因此光电流与入射光的强度成正比。又由于一种电子只能吸取一种光子的能量，因此光电子获得的能量与光强无关，只与光子的频率?成正比，，将（3）式改写為

上式表明,截止电压是入射光频率?的线性函数，如图2，当入射光的频率?=?0時，截止电压，没有光电子逸出。图中的直线的斜率k=h/e是一种正的常数：

（5）

由此可見，只要用试验措施作出不一样频率下的U0-?曲线，并求出此曲线的斜率，就可以通过式（5）求出普朗克常数。其中是电子的电量。

光电效应的伏安特性曲线

图3是运用光电管进行光电效应试验的原理图。频率為?、强度為的光线照射到光电管阴极上，既有光电子从阴极逸出。如在阴极K和阳极A之间加正向电压，它使K、A之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，伴随电压的增長，抵达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压增長届時，光电流到达最大，不再增長，此時既称為饱和状态，对应的光电流既称為饱和光电流。

由于光电子从阴极表面逸出時具有一定的初速度，因此当两极间电位差為零時，仍有光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少；当反向电压到达截止电压時，光电流為零。

图4入射光频率不一样的I－U曲线图5入射光强度不一样的I－U曲线

爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，因此试验中存在着如下问題：

暗电流和本底电流。当光电管阴极没有受到光线照射時也会产生电子流，称為暗电流。它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因导致的。室内多种漫反射光射入光电管导致的光电流称為本底电流。暗电流和本底电流伴随K、A之间电压大小变化而变化。

阳极电流。制作光电管阴极時，阳极上也会被溅射有阴极材料，因此光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。由于它們的存在，使得实际I～U曲线较理论曲线下移，如图6。

图6伏安特性曲线

由于暗电流是由阴极的热电子发射及光电管管壳漏电等原因产生，与阴极正向光电流相比，其值很小，且基本上随电位差U呈线性变化，因此可忽视其对遏止电位差的影响。阳极反向电流虽然在试验中较明显，但它服从一定规律。因此，确