。赫茲的論文《紫外光對放電的影響》發表在1887年《物理學年鑒》上。論文詳盡描述了他的發覺。赫茲的論文發表后,立刻引發了廣泛的反響,許多化學學家紛紛對此現象進行了研究,用紫外光或波長更短的X光照射一些金屬,都觀察到金屬表面有電子逸出的現象,稱之為光電效應。
對光電效應現象的研究,使人們進一步認識到光的波粒二象性的本質,推動了光量子理論的完善和近代數學學的發展,如今光電效應以及按照光電效應制成的各類光電元件已被廣泛地應用于工農業生產、科研和國防等各領域。
【實驗目的】
通過實驗加深對光的量子性的認識;
驗證愛因斯坦等式,并檢測普朗克常數以及陰極材料的“紅限”頻率。
【實驗原理】
一、光電效應及其實驗規律
當一定頻度的光照射到個別金屬表面上時,可以使電子從金屬表面逸出,這些現象稱為光電效應,所形成的電子稱為光電子。
,入射光照射到陰極K時,由光電效應形成的光電子以某一初動能飛出,光電子受電場力的作用向陽極A遷移而構成光電流。。隨著光電管兩端電流的減小大學物理實驗光電效應實驗報告,光電流趨向一個飽和值,當≤時,光電流為零,稱為反向遏制電流。
GA
入射光
光電管
U——I特點曲線
總結所有的實驗結果,光電效應的實驗規律可歸納為:
對于一種陰極材料,當照射光的頻度確定時,飽和光電流的大小與入射光的硬度成反比。
反向遏制電流的數學涵義是:當在光電管兩端所加的反向電流為時,則逸出金屬電極K后具有最大動能的電子也不能抵達陽極A,此時
()
實驗得出光電子的初動能與入射光的硬度無關,而只與入射光的頻度有關。
光電效應存在一個閾頻度,當入射光的頻度時,不論光的硬度怎樣都沒有光電子形成。
光電效應是瞬時效應,只要照射光的頻度小于,一經光線照射,立即形成光電子,響應時間為。
對于這種實驗事實,精典的波動理論未能給出完滿的解釋。依照電磁波理論,電子從波陣面連續地獲得能量。獲得能量的大小應該與照射光的硬度有關,與照射的時間長短有關,而與照射光的頻度無關。因而對于任何頻度的光,只要有足夠的光硬度或足夠的照射時間,總會發生光電效應。這種推論是與實驗結果直接矛盾的。
二、愛因斯坦等式和密立根實驗
1905年愛因斯坦受普朗克量子假定的啟發,提出了光量子假說,即:一束光是一粒一粒以光速C運動的粒子流,這種粒子稱為光子,光子的能量為(為普朗克常數,為光的頻度)。當光子照射金屬時,金屬中的電子全部吸收光子的能量大學物理實驗光電效應實驗報告,電子把光子能量的一部份弄成它逸出金屬表面所需的功,另一部份轉化為光電子的動能,即:
()
式中:—普朗克常數,
這就是知名的愛因斯坦光電效應多項式。
按照這一理論,光電子的能量只決定于照射光的頻度,并與之成線性關系。由()式可見,只有當時,就會有光電子發射,我們把記作,即
()
這就是說是能發生光電效應的入射光的最小頻度,其實它的值隨金屬種類不同而不同,又稱“紅限”頻率。