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光电效应实验南京理工大学物理实验中心南京理工大学物理实验中心物理概念：物理概念：光电效应光电效应 在一定频率光的照射下，材料表面发出电子在一定频率光的照射下，材料表面发出电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。赫兹赫兹 德国物理学家赫兹德国物理学家赫兹（Heinrich Heinrich Rudolf HertzRudolf Hertz，1857-18941857-1894） 在在18871887年年在实验中首次发现，用紫外线照射电极，在实验中首次发现，用紫外线照射电极，会非常容易的产生电会非常容易的产生电火火花，这是光电效花，这是光电效应实验的应实验的雏雏形。形。 德国物理学家普朗克（德国物理学家普朗克（Max Karl Ernst Max Karl Ernst Ludwig PlanckLudwig Planck，1858-19471858-1947）在）在19001900年研究黑年研究黑体辐射时，体辐射时，提提出了量子假说，即电出了量子假说，即电磁磁波所波所携携带带的能量只能以能量包的形式释放。他引进了一的能量只能以能量包的形式释放。他引进了一个物理普适常数，即个物理普适常数，即普朗克常数普朗克常数，是微观现象，是微观现象量子特性的表征。量子特性的表征。普朗克普朗克一、历史背景一、历史背景 德国科学家爱因斯坦（德国科学家爱因斯坦（Albert Albert EinsteinEinstein，1879-19551879-1955）推进了普朗克假）推进了普朗克假设，给出了设，给出了光电效应方程光电效应方程，成功解释了，成功解释了光电效应现象。因光电效应现象规律的光电效应现象。因光电效应现象规律的发现，获得发现，获得19211921年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。 1916 1916年美国物理学家罗伯特年美国物理学家罗伯特密立根密立根(Robert Andrews Millikan,1868(Robert Andrews Millikan,18681953)1953)历历经十年，发表了光电效应实验结果，验证了经十年，发表了光电效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量子说。因基本电爱因斯坦的光量子说。因基本电荷荷和光电效和光电效应的工作，获应的工作，获19231923年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。密立根密立根爱因斯坦爱因斯坦二、社会应用二、社会应用-图像传感器图像传感器能源能源工业控制与测量工业控制与测量 光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。 光敏传感器的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。其它应用其它应用三、光电效应规律三、光电效应规律 1）光电效应的发生几乎是瞬时的，时间不超过）光电效应的发生几乎是瞬时的，时间不超过10-9s。2）任何金属都有一个能产生光电效应的最低照）任何金属都有一个能产生光电效应的最低照射光频率，叫做射光频率，叫做极限频率。极限频率。3）光电子的最大初动能随入射光频率的增大而）光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，而与入射光强度无关。增大，而与入射光强度无关。4）不同光照频率下，）不同光照频率下，截止电压截止电压不同不同A为金属逸出功 普朗克常数的求解：普朗克常数的求解： 爱因斯坦光电效应方程：爱因斯坦光电效应方程：当光电管上所加电压等于于截止电压时，光电流为零，当光电管上所加电压等于于截止电压时，光电流为零，有如下关系有如下关系计算可得计算可得Amvhv202120021mveUAhveU0eAvehU04）不同光照频率不同光照频率下，下，截止电压截止电压不同。不同。5）截止电压截止电压与入射光频率成线性关系。与入射光频率成线性关系。6）光电流强度与）光电流强度与入射光的强度入射光的强度成正比。成正比。7）光电流强度与入射光的频率不成正比。）光电流强度与入射光的频率不成正比。7）验证光电效应第一定律）验证光电效应第一定律光电效应第一定律：光电效应第一定律： 当当光源光源频率一定或光源频谱分布一定时，饱和频率一定或光源频谱分布一定时，饱和光电流光电流Im与阴极的光通量与阴极的光通量有严格的正比关系。有严格的正比关系。 实验装置中实验装置中点光源点光源照射到光电管阴极的光通量照射到光电管阴极的光通量正比于正比于1/L2， 其中其中L为入射距离为入射距离。 由实验测得由实验测得Im与与1/L2 关系，就可验证光电效应关系，就可验证光电效应第一定律。第一定律。实验拓展1. 用436nm滤色片产生的光电流，可能会大于用405nm滤色片，思考一下原因。2. 如果电压小于截止电压，有时会出现微弱的负电流，思考一下原因。