光电效应

光电效应 实验目的 (1) 观察光电效现象,测定光电管的伏安特性曲线和光照度与光电流关系曲线;测定截止电压,并通过现象了解其物理意义。 (2) 练习电路的连接及仪器的使用; 学习用图像物理律。 实验方法原理 (1) 光子打到阴极上,若电子获得的能量大于逸出功时则会逸出，在电场力的作用下向阳极运动而形成正向电流。在没达到饱和前，光电流与电压成线性关系,接近饱和时呈非线性关系,饱和后电流不再增加。 (2) 电光源发光后,其照度随距光源的距离的平方成(r2)反比即光电管得到的光子数与r2成反比,因此打出的电子数也与r2成反比,形成的饱和光电流也与r2成反比,即 I ∝r-2。 (3) 若给光电管接反向电压u反，在eU反 < mvmax / 2=eUS时(vmax为具有最大速度的电子的速度) 仍会有电子移动到阳极而形成光电流，当继续增大电压U反 ，由于电场力做负功使电子减速，当使其到达阳极前速度刚好为零时U反 =US，此时所观察到的光电流为零，由此可测得此光电管在当前光源下的截止电压US。 实验步骤 (1) 按讲义中的电路原理图连接好实物电路图； (2) 测光电管的伏安特性曲线： ① 先使正向电压加至30伏以上，同时使光电流达最大（不超量程）， ② 将电压从0开始按要求依次加大做好； (3) 测照度与光电流的关系： ① 先使光电管距光源20cm处，适当选择光源亮度使光电流达最大(不超量程)； ② 逐渐远离光源按要求做好记录； (4) 测光电管的截止电压： ① 将双向开关换向； ② 使光电管距光源20cm处，将电压调至“0”， 适当选择光源亮度使光电流达最大（不超量程），记录此时的光电流I0，然后加反向电压使光电流刚好为“0”，记下电压值US； ③ 使光电管远离光源（光源亮度不变）重复上述步骤作好记录。 数据处理 (1) 伏安特性曲线 U /V -0.64 0 1.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 20.0 30.0 40.0 I /mA 0 2.96 5.68 10.34 16.85 18.78 19.90 19.92 19.94 19.95 19.97 (2) 照度与光电流的关系 L /cm 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 1/L2 0.0025 0.0016 0.0011 0.0008 0.0006 0.0004 0.0003 0.0002 0.00015 I /µA 19.97 12.54 6.85 4.27 2.88 1.51 0.87 0.53 0.32 伏安特性曲线 照度与光电流曲线 (3) 零电压下的光电流及截止电压与照度的关系 L /cm 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 50.0 60.0 70.0 I0 /µA 1.96 1.85 1.06 0.85 0.64 0.61 0.58 0.55 US /V 0.64 0.63 0.65 0.66 0.62 0.64 0.65 0.63 思考 1. 临界截止电压与照度有什么关系?从实验中所得的结论是否同理论一致?如何解 释光的波粒二象性? 答：临界截止电压与照度无关，实验结果与理论相符。    光具有干涉、衍射的特性，说明光具有拨动性。从光电效应现象上分析，光又具有粒子性，由爱因斯坦方程来描述：hν=(1/2)mv2max+A。 2. 可否由Us′ν曲线求出阴极材料的逸出功?答：可以。由爱因斯坦方程 hυ=e|us|+hυo可求出斜率Δus/Δυ=h/e和普朗克常数，还可以求出截距（h/e）υo，再由截距求出光电管阴极材料的红限 υo ，从而求出逸出功A=hυo。