高考物理演示实验：光电效应.doc

2019高考物理演示实验：光电效应物理实验题在高考中所占比例很大因此做好物理实验题很有必要。查字典物理网为大家整理的2019高考物理演示实验：光电效应希望可以对你有帮助。一.实验目的1.了解光电效应的基本规律加深对光量子性的理解。2.了解光电管的结构和性能并测定其基本特性曲线。3.验证爱因斯坦光电效应方程测定普朗克常数。二.实验仪器光电管、光源、滤色片、微电流计、电压表、滑线电阻、直流电源、开关和导线等。三.实验原理1.光电效应及其规律在一定频率的光的照射下电子从金属(或金属化合物)表面逸出的现象称为光电效应从金属(或金属化合物)表面逸出的电子称为光电子。研究光电效应的电路图如图3-19-1所示。实验表明光电效应有如下规律：(1)只有当入射光频率大于某一定值时才会有光电子产生若光的频率低于这个值则无论光强度多大照射时间多长都不会有光电子产生。即光电效应存在一个频率阈值0称为截止频率。(2)光电子的多少与光的强度有关即饱和光电流IH与入射光的光强成正比。如图3-19-2所示I～U曲线称为光电管伏安特性曲线曲线(2)的光强是曲线(1)光强的一半。光电管福安特性曲线(3)光电子的动能(光电子的动能)与入射光的频率成正比与光强无关。实验中反映初动能大小的是遏止电位差Ua。在图3-19-1电路中将光电管阳极与阴极连线对调即在光电管两极间加反向电压则K、A间的电场将对阴极逸出的电子起减速作用若反向电压增加则光电流I减小当反向电压达到Ua时光电流为零(如图3-19-2所示)此时电场力对光电子所作的功eUa等于光电子的初动能光电子的初动能Ua称为遏止电位差。以不同频率的光照射时Ua～关系曲线为一直线如图3-19-3所示。遏制电压与入射光频率的关系曲线光电效应的这些实验规律用光的电磁波理论不能作出圆满的解释。1905年爱因斯坦提出了一个著名的理论光量子理论成功地解释了光电效应现象。他认为一束频率为的光是一束以光速c运动的、具有能量的粒子流。这些粒子称为光量子简称光子。h为普朗克常数。按照光子论和能量守恒定律爱因斯坦提出了一个著名的方程：光子论和能量守恒定律方程(3-19-1)金属中自由电子从入射光中吸收一个光子的能量克服电子从金属表面逸出时所需的逸出功A后逸出表面具有初动能光电子的初动能。式(3-19-1)即为爱因斯坦光电效应方程由此方程可圆满的解释光电效应的实验规律。同样由式(3-19-1)可知要能够产生光电效应需光电子的初动能0即h-A0光电效应而光电效应就是截止频率0光电效应。实验时测出不同频率的光入射时的遏止电位差Ua后作Ua～曲线Ua与成线性关系：Ua与成线性关系即：Ua与成线性关系(3-19-2)从直线斜率可求出普朗克常数h由直线的截距可求得截止频率0。式(3-19-2)中的e为电子的电量。真空光电管结构图2.光电管光电管是利用光电效应制成的能将光信号转化为电信号的光电器件。在一个真空的玻璃泡内装有两个电极一个是阳极A另一个是光电阴极K如图3-19-4所示。光电阴极是附在玻璃泡内壁的一个薄层(有的附在璃泡内的半圆形金属片的内侧)此薄层由具有表面光电效应的材料制成(常用锑铯金属化和物)。在阴极的前面装有金属丝制成的单根(或圈成一个小环)的阳极。阴极受到光线照射的时候便发射电子电子在外场的作用下向阳极运动形成光电流。除真空式光电管以外还有一种充气式的光电管。它的构造和真空式的完全相同所不同的仅仅在真空的玻璃泡内充入了少量的惰性气体如氩气等。当光电阴极被光线照射时便发射电子发射的电子在趋向阳极的途中撞击惰性气体的分子使气体游离成为正离子、负离子以及电子。撞击出的负离子、电子以及阴极发射的电子共同被阳极吸收因此阳极的总电流便增大了故充气式光电管比真空式光电管有较高的灵敏度。(1)光电管的伏安特性当以一定频率和强度的光照射光电管时光电流随两极间电压变化的特性称之为光电管的伏安特性其曲线如图3-19-2所示。图中AB段表示光电流随阳极电压的增加而增大BC段表示当阳极电压的增大到某一值后光电流不再增加此时的光电流叫做饱和光电流IH饱和光电流相当于所有被激发出来的电子全部到达阳极。实验表明饱和光电流和入射光的光通量成正比因此用不同强度的光照射阴极K时可得到不同的伏安特性曲线。(2)光电管的光电特性当照射光电管的光的频率和两极间电压一定时饱和光电流IH随照射光强度E变化的特性称之为光电管的光电特性。对于真空式光电管其曲线成线性关系如图3-19-5所示。光电光的光电特性曲线四.实验内容1.仪器调节按图3-19-1接好电路选择好微电流计的量程并调节其零点。2.测光电管的伏安特性把光源放在距光电管约30cm处点亮光源打开光电管盒上的盖子使光正好射到光电管上。改变电压U使光电管上的电压由0逐渐增加到30V记录下光电流I随电压U变化的情况。然后给