光电效应普朗克常数测定
实验要求：
1. 熟读讲义。
2. 理解并掌握有关光电效应的概念及理论。
3. 熟练掌握实验操作步骤。
4. 精确作图,分析实验误差。
实验目的：
1.通过光电效应实验了解光的量子性。
2.测量光电管的弱电流特性,找出不同光频率下的遏止电压.
3.验证爱因斯坦方程,由此求出普朗克常数.
光电效应电路原理图
爱因斯坦光子假说的核心思想是：表面上看起来连续的光波是量子化的。 单色光由大量不连续的光子组成。若单色光频率为(，那么每个光子的能量为E＝h(, 动量为 。
由爱因斯坦光子假说发展成现代光子论(photon theory)的两个基本点是：
(1) 光是由一颗一颗的光子组成的光子流。每个光子的能量为E = h(，动量为。 由N个光子组成的光子流，能量为N h(。
(2) 光与物质相互作用，即是每个光子与物质中的微观粒子相互作用。
根据能量守恒定律，约束得最不紧的电子在离开金属面时具有最大的初动能，所以对于电子应有：
上式即为光电效应方程，W 代表电子脱离金属表面所需要的能量，称为功函数(work function)。
1900年，普朗克抛弃了能量是连续的传统经典物理观念，导出了与实验完全符合的黑体辐射经验公式。在理论上导出这个公式，必须假设物质辐射的能量是不连续的，只能是某一个最小能量的整数倍。普朗克把这一最小能量单位称为“能量子”。普朗克的假设解决了黑体辐射的理论困难。普朗克还进一步提出了能量子与频率成正比的观点，并引入了普朗克常数h。量子理论现已成为现代理论和实验的不可缺少的基本理论。普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔奖金。
光电效应实验结果如下 :
1.光电子的数目和入射光的强度之间的关系
当入射光的频率一定,而改变入射光的强度,饱和电流与入射光强度成正比,单位时间内发出的光电子数与入射光强度成正比。
2.光电子动能和入射光频率之间的关系
光电子的最大初动能与入射光频率成正比,而与光的强度无关。
3.光电效应的红限
当入射光的频率低于某极限频率 (随不同金属而异),不论光的强度如何,照射时间多长,都没有光电子产生。
4.光电效应与时间关系
光电效应与光照几乎同时产生和消失,滞后时间最多不超过10-9Ｓ,通常称为光电效应的瞬时性.
在实验中影响测量精度的主要因素:
暗电流是指在通电时 ,完全没有光照的条件下 ,微电流测量仪的电流 ,它主要来源于阴极的热电子发射及漏电流 .由于暗电流的量级为 1 0 -1 1 ,而仪器的精度是 1 0 -7量级 ,所以暗电流的影响可以忽略 .
反向电流是由于在制造过程中光阴极物质溅射到阳极上 ,当光照射时其行为与光阴极相似 ,致使在截止电压以下获得一个反向电流 ,随着反向电压增加 ,反向电流趋于饱和 .这是因为在测量反向遏止电压时 ,阴极是高电位 ,阳极是低电位 ,阳极上的阴极材料光电子在光电效应中的加速电场中所产生的反向电流就是在加上反向电压后总有 0 . 2～ 0 . 4μA(随频率不同而异 )的光电流的原因 .实验得知随着反向电压增加到一定的值时 (2 V左右 ),这一电流就不再增加 ,所有阳极光电子都到了阴极 .
本底电流是由于光电管周围漫反射的杂散光入射到光电管上所致本底电流影响测量精度的主要原因是本底电流 ,本底电流产生的原因是由于加工工艺本身引起的 ,即在制造光电管时 ,往阴极上喷涂光电效应阴极材料时 ,免不了要有一些阴极材料溅到阳极上 ,而且无法去除 .在进行光电效应实验时 ,光照在光电管上 ,不仅阴极有电子逸出 ,同样阳极也会产生光电效应有电子逸出 ,测量饱和光电流时 ,阴极上加的是低电位 ,阳极是高电位 ,本底电流对实验结果影响不大 .但是 ,用反向遏止电压法测定普朗克常数时 ,其影响就显著地表现出来了。
注意事项:
因为当两者的距离越近 ,光电管越易疲劳 ,距离越远则光电管电流较小 ,检流计的灵敏度降低 ,所以两者之间有一最佳距离。只有满足在最佳距离位置用最佳光照方位时 ,测得的普朗克常数与公认值的误差最小.
光电效应的应用及规律:
近30年来.光电效应广泛应用于工业、军事领域，比如电影院里的放映机;再者,高科技军事产品之一的夜视器材就是光电效应应用的典范等.
光电效应实验规律
按照爱因斯坦光子理论：光照射到金属 K 极，实际上是单个光子能量为 h( 的光子束入射到 K 极，光子与 K 极内的电子发生碰撞。当电子一次性地吸收了一个光子后，便获得了 h( 的能量而立刻从金属表面逸出，没有明显的时间滞后，这也正是光的“粒子性”表现。
(1) 当一定频率的光照射到K表面时，真空管内几乎立刻出现光电子，很快形成光电流。即光电效应是瞬时的，弛豫时间小于10-9秒。
(2) 当光源频率和外加电压固定时，饱和光电流强度Is与入射光强度 I 成正比。
(3) 当入射光频率υ一定时，光电子定向运动形成的光电流随着正向电压的减小而减小；当正向电压为零时，仍有光电流，只有当电压为某个反向电压值时，其电流才为零。这个反向电压称为遏止电压Ua 。这说明光电子初动能有一限度，为光电子最大初速度。实验表明，最大初动能与入射光强无关。
(4) 对于某种材料制成的金属K极，存在一个极限频率υ0 。当入射光频率υ<υ0时，无论光强多大、照射时间多长，都不会产生光电效应，这个极限频率υ0叫做红限频率。
遏止电势差Ua与入射光频率之间具有线性关系（如图所示）
υ必须满足的条件,才能产生光电效应.因此光电效应的红限:
对不同金属υ0有不同的值，对同一金属，υ0为恒定量。
