大学物理光电效应(1)

姓名：； 学号； 班级 ；教师________；信箱号：______ 预约时间：第_____周、星期_____、第_____~ _____节； 座位号：_______《大学物理实验》报告一、实验名称 光电效应测定普朗克常量二、实验目的(1) 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解.(2) 验证爱因斯坦光电效应方程，求普朗克常量 h.(3) 测定光电管的伏安特性曲线.三、实验原理 (基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材)当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。

光电效应实验原理如图1所示。

其中S 为真空光电管，K 为阴极，A 为阳极。

当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G 中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K 上时，形成光电流，光电流随加速电位差U 变化的伏安特性曲线如图2所示。

图1 光电效应实验原理图 图2 光电管的伏安特性曲线1. 光电流与入射光强度的关系光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值，饱和电流与光强成正比2.光电子的初动能与入射光频率之间的关系预习操作 实验报告 总分 教师签字光电子从阴极逸出时，具有初动能。

当U=U A-U K为负值时，光电子逆着电场力方向由K极向A极运动，随着U的增大，光电流迅速减小，当光电流为零，此时的电压的绝对值称为遏止电位差U a.在减速电压下,当U=U a时，光电子不再能达到A极，光电流为零。

所以电子的初动能等于它克服电场力所作的功。

即根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一种微粒，即为光子。

每一光子的能量为,其中h为普朗克常量，v为光波的频率。

所以不同频率的光波对应光子的能量不同。

光电子吸收了光子的能量h v之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A，另一部分转换为电子初动能。

图1 实验原理图 光电效应摘要：电效应是指一定频率的光照射在某些金属表面上使电子从金属表面逸出的现象。

本文介绍了光电效应的基本原理和三种测量截止电压的方法，用“减速电位法”测量光电子的动能来实验验证爱因斯坦光电方程并用零电流法测量了普朗克常量。

关键词：光电效应、普朗克常量、截止电压一、光电效应原理光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。

基本的实验事实为：(1)饱和光电流与光强成正比；(2)光电效应存在一个域频率v 0（截止频率），当入射光的频率低于域频率时，不论光的强度如何,都没有光电效应产生；(3)光电子的动能与光强无关，但与入射光的频率成线性关系；(4)光电效应是“瞬时”的，当入射光的频率大于域频率时，一经光照射，立刻产生光电子[2]。

按照爱因斯坦的光量子理论，光能不是分布在波阵面上，它和电磁波理论所想象的不一样，光的能量集中在光子（光量子）的粒子上。

如果光子的频率为ν,那么它所具有的能量E 则为hν,其中h 为普朗克常数。

当光照在某些金属表面上，如果其所获得能量大于金属的逸出功的话，那么可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应，所产生的电子为光电子。

当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。

电子把能量一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下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：hν=12mV m 2+A (1)式中12mV m 2为光电子逸出金属表面的最大初动能， m 为电子的质量，V m 为光电子逸出金属表面的初速度，ν为光电子的频率，A 为光照射的金属材料的逸出功。

二、普朗克常数由该式可见，射到金属表面的光的频率越高，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：12mV m 2=eU a (2)当光子的能量hν0<A 时，电子不能脱离金属。

光电效应当光束照射到某些金属表面上时，会有电子从金属表面即刻逸出，这种现象称为光电效应”。

1905年爱因斯坦圆满地解释了光电效应的实验现象，使人们进一步认识到光的波粒二象性的本质，促进了光的量子理论的建立和近代物理学的发展，爱因斯坦因此获得了1921年的诺贝尔奖。

现在利用光电效应制成的各种光电器件(如光电管、光电倍增管、夜视仪等)已经被广泛应用于工农业生产、科研和国防等领域。

［实验目的］1. 加深对光的量子性的认识；2. 验证爱因斯坦方程，测定普朗克常数；3•测定光电管的伏安特性曲线。

［实验原理］当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。

所产生的电子，称为光电子。

根据爱因斯坦的光电效应方程有2h v1/2 mv m2+ W (1)其中V为光的频率，h为普朗克常数口和V m是光电子的质量和最大速度，W%电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功。

按照爱因斯坦的光量子理论：频率为V勺光子具有能量h v当金属中的电子吸收一个频率为v 的光子时，便获得这个光子的全部能量。

如果光子的能量h大于电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功W,电子就会从金属中逸出,1/2mv m是光电子逸出表面后所具有的最大动能；光子能量h V小于W时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生。

能产生光电效应的入射光最低频率v,称为光电效应的截止(或极限)频率。

由方程(1)可得v o=W/h (2)不同的金属材料有不同的逸出功，因而v也是不同的。

利用光电管可以进行研究光电效应规律、测量普朗克常数的实验，实验原理可参考图1。

图中K为光电管的阴极,A为阳极，微安表用于测量微小的光电流，电压表用于测量光电管两极间的电压丘为电源,R提供的分压可以改变光电管两极间的电势差。

单色光照射到光电管的阴极K上产生光电效应时，逸出的光电子在电场的作用下由阴极向阳极运动，并且在回路中形成光电流。

当阳极A电势为正，阴极K电势为负时，光电子被加速。

南昌大学物理实验报告姓名:李小龙学号：5710116068学院：材料科学与工程学院班级：材料162实验时间：第一周指导老师：张德建一、实验名称:光电效应二、实验目的：1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了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方法；3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。

三、实验仪器：光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪四、实验原理：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时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。

为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为γ的光波，每个光子的能量为E=hμ，其中为普朗克常数。

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时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为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： hν=12mv2+w式中，ν为入射光的频率，m为电子的质量，v为光电子逸出金属表面的初速度，W为被光线照射的金属材料的逸出功，1/2mv2 为从金属逸出的光电子的最大初动能。

由（1）式可见，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，所以即使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时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。

这个相对于阴极为负值的阳极电位0U被称为光电效应的截止电压。

显然，有e u0-1/2m v2=0 （2）代入上式即有hν=eu0+ w （3）由上式可知，若光电子能量h+ν<W，则不能产生光电子。

产生光电效应的最低频率是ν0=W/h，通常称为光电效应的截止频率。

不同材料有不同的逸出功，因而ν0也不同。

由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。

南昌大学物理实验报告姓名:李小龙学号：5710116068学院：材料科学与工程学院班级：材料162实验时间：第一周指导老师：张德建一、实验名称:光电效应二、实验目的：1、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了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方法；3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。

三、实验仪器：光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪四、实验原理：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时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。

为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为γ的光波，每个光子的能量为E=hμ，其中为普朗克常数。

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时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为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： hν=12mv2+w式中，ν为入射光的频率，m为电子的质量，v为光电子逸出金属表面的初速度，W为被光线照射的金属材料的逸出功，1/2mv2 为从金属逸出的光电子的最大初动能。

由（1）式可见，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，所以即使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时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。

这个相对于阴极为负值的阳极电位0U被称为光电效应的截止电压。

显然，有e u0-1/2m v2=0 （2）代入上式即有hν=eu0+ w （3）由上式可知，若光电子能量h+ν<W，则不能产生光电子。

产生光电效应的最低频率是ν0=W/h，通常称为光电效应的截止频率。

不同材料有不同的逸出功，因而ν0也不同。

由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。

大学物理实验报告
3. 实验原理（请用自己的语言简明扼要地叙述，注意原理图需要画出，测试公式需要写明）
光电效应的实验示意图如图所示，无光照射阴极时，由于阳极和阴极是断路的，所以G中无电流通过.用光照射阴极时，由于阴极释放出电子而形成阴极光电流(简称阴极电流).加速电压Ux越大，阴极电流越大，当U增加到一定数值后，阴极电流不再增大而达到某一饱和值IH，IH的大小和照射光的强度成正比。

加速电位差U变为负值时，阴极电流会迅速减少，当加速电压Uxs负到一定数值时，阴极电流变为0，与此对应的电压称为遏止电压.这一电压用Ua来表示. Ua的大小与光的强度无关，而是随着照射光的频率的增大而增大.
5. 实验记录（注意：单位、有效数字、列表）请粘贴“原始数据模板”照片（有教师盖章）
以下内容为报告保留内容，请勿填写或删除，否则影响实验成绩。

大学物理实验光电效应实验报告实验报告
大学物理实验光电效应实验报告
实验目的：
1.了解光电效应的基本原理
2.通过实验可视化效应的产生与电子动能的关系
实验原理：
在实验过程中，我们使用光电效应来分析实验。

光电效应回答
了以下问题：当金属表面照射一个光子时，会发生什么？光电效
应证明了，光子的能量可以传递到金属中的原子或分子中，并损
失自己的能量，使原子或分子中的电子从能级跃迁到另一个能级。

如果电子具有足够的能量，它将被释放出来，并参与金属导电过程，以产生电流。

实验材料：
1. 物理实验室
2. 光电效应实验箱
3. 光源
4. 电压电流模拟器
5. 物理仪器计时器
实验步骤：
1. 连接电路，插上光源并调节电流设定
2. 选择不同的光强度和波长进行照射
3. 通过计时器测量电子飞离金属表面的时间
4. 记录相应的电压和电流成像
实验结果：
1. 随着光的增强，电子飞离金属的时间减少
2. 随着波长缩短，电子飞离金属的时间减少
3. 如果升压器电压过高，会导致光电效应两边的电流变得相等
总结：
本次实验在亲眼观察光学效应的同时，也充分展示了电子运动过程产生的电流。

本次实验彰显了这个过程与量子物理学之间的紧密联系，并展示了光电效应的应用与可能的未来发展。

大学物理仿真实验--光电效应实验名称：光电效应实验专业班级：核工程实验日期： 2012 年 5 月 25 日姓名：学号：光电效应实验简介：当光照在物体上时，光的能量仅部分的以热的形式为物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子溢出物体表面，这种效应称为光电效应，溢出的电子称为光电子。

根据爱因斯坦理论，每个光子的能量为其中h为普朗克常数，是近代量子物理中的重要常数。

而本实验就是利用光电效应法来测得普朗克常数。

一．实验目的：1．了解光电效应的基本规律。

2. 验证爱因斯坦光电方程。

3．熟悉普朗克常数测定仪的操作比并用光电效应方法测量普朗克常数。

二．实验仪器：包括GD-5光电管、单色仪、水银灯、检流计、直流电源、直流电压表、滑线变阻器、临界电阻箱。

三．实验步骤：1．连接电路根据测量光电管正向特性的电路图将实验电路接好；根据测量光电管反向特性的电路图将实验电路接好。

线路连接好后，鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查。

若连线正确，就可以正式开始实验，否则需要继续连线。

2．调整仪器通过接线检查后，双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。

（1）检流计的调零。

（2）临界电阻箱的调节。

（3）调节单色仪，得到合适波长的单色光，实验中将用到5770埃、5461埃、4358埃、4047埃四种波长的单色光。

四．测量内容及数据处理：（1）分别对四种波长的光进行实验，得到光电管在各种波长的单色光照射下的正向、反向电压特性，一共八组数据，记录在表格中。

5770埃正向伏安特性：5770埃反向伏安特性：5461埃正向伏安特性：5461埃反向伏安特性：4358埃正向伏安特性：4358埃反向伏安特性：4047埃正向伏安特性：4047反向伏安特性：伏安特性曲线图：5770埃5461埃：4358埃：4047埃：遏止电位差值。

根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常数值。

元线性回归法计算光电管阴极材料的红限值，逸出功及普朗克常数值。

光电效应的基本原理光电效应是一个重要的物理现象，它的基本原理是当光照射到物质表面时，会使得物质表面发射电子。

这个过程的实现依赖于光子与物质电子的相互作用。

在本文中，我们将详细介绍光电效应的基本原理。

1.性质和特点光电效应的主要特点是照射到物质表面的光子可以使物质表面发射电子。

这个效应不仅发生在金属中，还可以在半导体和绝缘体等非金属物质中发生。

在正常情况下，物质表面上的电子处于束缚状态，必须接收足够的能量才能获得足够的运动能量克服束缚能而逃离物质表面。

但当光子能量达到或超过物质的逸出功时，光子与物质电子之间发生的相互作用将导致电子被拍出，这就是光电效应。

根据光子的能量大小，光电效应有三种形式。

首先是经典的热发射，该过程涉及到高温下的金属，比如电子枪或阴极，通过加热与挥发的方式将电子从金属表面释放。

其次是场致发射，该过程涉及到光电子学器件，比如光阴极和电子倍增管，其中在这些设备中，电场会促进电子逸出，而不是热量。

最后是光电发射，该过程涉及到光子的照射，这种过程是由普朗克提出的，称为某一频率下的“光量子”，只有当光子的能量大于材料的逸出功时才能发生。

2.实验条件（1）光子的能量大于材料逸出功光子的能量必须大于物质的逸出功，才能触发光电效应。

关于逸出功的概念，它是一个物质发射电子所需要的最小能量，它与物质的种类、晶体结构、晶面取向、表面状态等因素都有关系。

普通的金属逸出功大约在几个电子伏范围内。

（2）照射光子能量与材料的电离能成正比第二个条件是，选定合适的材料表面并照射特定能量的光子，其能量必须在能够刚好与材料的电离能相等的范围内。

在这个范围内，光子的能量可以被完全吸收，这可以促使电子从原子或分子中被拍出。

如果光子能量不足，电子不能逃逸，如果光子能量过剩，这些能量将失去。

（3）照射光子必须足够强为了触发光电效应，照射到物质表面的光子必须足够强。

这意味着我们需要调整光的强度和频率，确保光的能量满足条件1和条件2，才能使光电效应发生。