光电效应

null物理实验中心网站 202.120.99.174物理实验中心网站 202.120.99.174Albert Einstein 1879-1955 1921年诺贝尔物理学奖 实验历史背景及意义 赫兹在研究紫外线对火花放电的影响时发现了光电效应。后来勒纳德等人制作了二极管研究了这一现象。当时无法用经典理论解释。 1900年，普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858—1947）提出量子假设。 1905年，爱因斯坦提出光量子概念，解释了光电效应现象。 实验历史背景及意义 在物理学史上，光电效应现象的发现，对光的本性—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。光电效应示意图光电效应示意图实验原理光电效应：电子从受辐射作用的中释放出来的过程，叫做光电效应；发射出来的电子叫做光电子。光电效应光电效应外光电效应—— 光作用下金属表面逸出电子, ex:光电倍增管 内光电效应—— 光电导效应：半导体材料在光照下，电子受能量大于 电子禁带宽度的光子作用激发导带，增 加电导率的现象 ex:光敏电阻 光生伏打效应：半导体材料在pn结处形成内建电场， 光照下，激发子在内建电场作用下形 成电动势的现象。 ex:太阳能电池、硅光电池 实验事实实验事实(1)饱和光电流： 饱和光电流强度与入射光强度成正比。 (2)每个光电子的初动能 随入射 光频率提高而增大，与入射光强无关； (3)存在截止频率：对某一种金属来说，只有当入射光的频率大于某一频率时，电子才能从金属表面逸出，电路中才有光电流，这个频率叫做截止频率. (4)光电效应是瞬时效应。实验事实实验事实(5)线性性：用不同频率的 光照射阴极K的表面时，只 要入射光的频率大于截止频 率，遏止电势差与入射光频 率具有线性关系。 爱因斯坦光电方程爱因斯坦光电方程 爱因斯坦认为光束可以看成是由微粒构成的粒子 流，这些粒子流叫做光量子（光子）。 一个频率为 的光子具有能量 阴极金属材料的逸出功为 阴极表面电子吸收光子的能量，当 ＞ 电子逸出，并具有初动能 实验电路图实验电路图 对光电管加反向电压，该电压减弱了逸出光电子向阳极A的运动，如反向电压逐渐增大到某值Ua，则光电子无法到达阳极A，光电流为零，而反向电压的电场力对光电子作功为eUa。遏止 电压反向开关误差分析误差分析实测曲线 理论曲线 阳极电流：A极难免粘上阴极材料，受光照后也要发射少量光电子，构成反向电流。 漏电流：爱因斯坦方程在绝对零度下严格成立。常温下，电极要发射少量热电子，加上管壳和管座的漏电构成暗电流。 实验内容 实验内容 1. 测量光电管的伏安特性曲线： 入射光的波长分别为365.0nm 、404.7nm 。 （电压： －3V～＋30V，在－2V～0V多测几个点） 2.测量入射光的“抬头电压”： 波长分别为435.8、546.1、577.0nm。 （电压： －3V～0V） 3.观测入射光强与饱和电流的关系。 入射光为577.0nm，测量光强为100 ％、 75％、50％、25％时的饱和光电流。 （电压： 15V～ 30V） 数据处理数据处理 1.绘出365.0nm和404.7nm光的I～U伏安特性曲线。 2.用图解法计算普朗克常数h，并计算与公认值的百分误差。 公认值h＝6.626076×10－34 J·s。 3.对实验过程和结果分析讨论，并可进行展开。 数据处理数据处理 由斜率可计算h 与纵轴截距可计算逸出功A 实际测量时，是否测I=0的那个点？U0~ν关系曲线注意事项 1. 充分理解仪器使用要求和操作顺序。不 要随意拆卸电缆和导线，保证接触良好。 2.不要让光源的出射光直接入射光电管，保 证光电管安全，并注意保护滤色片、减光片。 3.在变换电压量程和极性时，需将电压调节 为零，不允许随意改变电压量程和极性.爱因斯坦光电效应的应用 爱因斯坦光电效应的应用 光电管和固态光电探测器 光控继电器 光电倍增管 光电导摄像管 光敏电阻 null光电倍增管（PMT）是光子技术器件中的一个重要产品，它是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。 光电倍增管