[发明专利]一种验证光电效应实验规律及测定普朗克常数的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种大学物理实验装置，具体是涉及一种验证光电效应实验规律及利用光电效应测定普朗克常数的综合实验装置。

背景技术

光电效应是指在一定频率的光照射下，电子从金属表面逸出的现象，这种电子称为光电子。光电效应的发现对光的本性即波粒二象性的认识，具有极为重要的意义，它给量子论以直观、明确的论证。普朗克常数是物理学中一个很重要的基本常数，它可以通过光电效应实验简单而有效地测出，所以光电效应实验有助于学生学习和理解量子理论。而且随着科学技术的发展，光电效应已经广泛应用于工农业生产、国防等许多领域。因此，验证光电效应实验规律及利用光电效应测定普朗克常数的实验就成为大学物理实验中一个非常经典的实验项目。目前，大学物理实验中验证光电效应实验规律及利用光电效应测定普朗克常数的实验一般都是以频率为v的单色光入射到光电管阴极上，则光电子从阴极逸出，在回路中形成光电流，通过改变光电管阳极A和阴极K之间的电压U_AK，测量回路中形成的光电流I_AK大小。当U_AK为正值时，U_AK越大，光电流I_AK也越大，当U_AK达到一定值时，光电流饱和，此时的光电流称为饱和光电流I_H；当U_AK为负值时(即在光电管两端加减速电压)，阳极A和阴极K之间的电场将对光电子起减速作用，随着U_AK绝对值增大，光电流I_AK逐渐减小，当U_AK达到某一值U_S时，光电流为零，此时的电压U_S称为遏止电压或截止电压，这时从阴极逸出的具有最大初动能的光电子刚好不能穿过反向电场到达阳极，即这样就可以通过测定遏止电压来确定光电子的最大初动能。

光电效应的基本实验规律如下：

(1)饱和光电流I_H与入射光的强度Φ成正比。

(2)光电子的最大初动能与入射光的频率v成正比，与入射光的强度无关。

(3)光电效应存在一个频率阈值(或者称为截止频率)v₀，当入射光频率v<v₀时，无论光强如何，均不能产生光电效应。

(4)光电效应是瞬时效应，只要入射光频率v>v₀，一经光线照射立即产生光电子。

用麦克斯韦的经典电磁理论无法对上述实验事实作出圆满的解释。1905年爱因斯坦提出了一个卓越的理论——光量子理论，成功地解释了光电效应。他认为一束频率为v的光是一束以光速运动的、具有能量hv的粒子流，这些粒子称为光量子，简称光子，其中h为普朗克常数。根据光子论和能量守恒定律，爱因斯坦提出了一个著名的爱因斯坦光电效应方程：

12mv2=hv-Ws]]>

金属中的自由电子，从入射光中吸收一个光子的能量hv，克服电子从金属表面逸出时所需克服的逸出功W_s后，逸出表面，具有初动能由爱因斯坦光电效应方程可以圆满地解释光电效应的实验规律。

将代入上式，可得

eU_s=hv-W_s

实验时，测出不同频率v单色光入射时对应的遏止电压U_s，通过作图法做出U_s～v关系曲线，应为一条直线，直线的斜率从而可以得到普朗克常数h＝ke，其中e＝1.602×10^-19C。