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1 12 2光电效应和普朗克常数的测量光电效应和普朗克常数的测量背景资料背景资料实验原理实验原理实验内容实验内容实验仪器实验仪器数据处理数据处理 W mV hv?? 22 1 M. 普朗克 sJ h???? 34 10 62916 .6 拓展拓展- -应用应用 3 3 背景资料背景资料光电效应现象: 1887 年德国物理学家 . 赫兹发现电火花间隙受到紫外线照射时会产生更强的电火花。赫兹的论文《紫外光对放电的影响》发表在 1887 年《物理学年鉴》上。论文详细描述了他的发现。 赫兹的论文发表后,立即引起了广泛的反响,许多物理学家纷纷对此现象进行了研究,用紫外光或波长更短的 X光照射一些金属,都观察到金属表面有电子逸出的现象,称之为光电效应。对于光电效应的实验规律,经典的波动理论无法给出圆满的解释。 1905 年爱因斯坦受普朗克量子假设的启发,提出了光量子假说,即: 一束光是一粒一粒以光速 C运动的粒子流,这些粒子称为光子,光子的能量为 E=hv(h为普朗克常数, v为光的频率)。根据光量子假说, 爱因斯坦给出了著名的光电效应方程,并成功地解释了光电效应的各条实验规律。然而,爱因斯坦的光量子假说和光电效应方程并没有立即得到人们的承认,原因是经典的电磁理论的传统观念束缚了人们的思想, 同时这个假说未获得全面的验证。实验原理实验仪器实验内容数据处理拓展-应用 4 4 背景资料背景资料 1912-1915 年间,密立根以卓越的研究方法和精湛的实验技术,检验了爱因斯坦 1905 年提出的光电效应公式。于 1916 年发表论文证实了爱因斯坦方程的正确性,并直接运用光电方法对普朗克常数 h作了首次测量。 1922 年,康普顿发现了“康普顿效应”,他采用单个光子和自由电子的简单碰撞理论,对这个效应做出了满意的理论解释,进一步证实了爱因斯坦的光子理论。密立根和康普顿的精密实验研究终于确立了光量子论的地位。密立根( Robert Andrews Millikan,1868- 1953) 因对基本电荷和光电效应的研究,获得了 1923 年度的诺贝尔物理学奖。 ( Arthur pton, 1892-1962 )因发现康普顿效应获得了 1927 年度的诺贝尔物理学奖。 H. 康普顿爱因斯坦( Albert Einstein, 1879-1955 ) 因在理论物理方面的成就,尤其是发现了光电效应的规律,获得了 1921 年度的诺贝尔物理学奖。 -应用 5 5 实验原理实验原理当一定频率的光照射到某些金属表面上时,可以使电子从金属表面逸出, 这种现象称为光电效应,所产生的电子称为光电子。光电效应的实验规律: ①饱和光电流与入射光强成正比; (频率相同) ②光电效应存在一个截止频率,当入射光的频率时,不论光的强度如何都没有光电子产生; ③光电子的初动能与光强无关,而与入射光的频率成正比; ④只要,无论光强如何,都会立即引起光电子发射, 。对于这些实验事实,经典的波动理论无法给出圆满的解释。 0v 0vv?st 9 10 ??? 0vv?爱因斯坦光量子理论: 爱因斯坦受普朗克量子假设的启发,提出了光量子假设,当光子照射金属时,金属中的电子全部吸收光子的能量 hv ,电子把光子能量的一部分变成它逸出金属表面所需的功 W,另一部分转化为光电子的动能,即: W mV hv?? 22 1 ——爱因斯坦方程爱因斯坦光量子理论圆满地解释了光电效应的各条实验规律。背景资料实验仪器实验内容数据处理拓展-应用 6 6 实验原理实验原理 S eU mV ? 22 1 图1光电效应实验原理图 U GSU U I mI0图 2 I - U 特性曲线(频率相同) 光强较大光强较小?截止频率:根据爱因斯坦方程,只有当才会有光电子发射,即截止频率为(值随金属种类不同而不同) 0vW hv? hWv? 0 0v SU普朗克常数的测量: ?反向遏止电压:使光电流为零而在光电管两端所加的反向电压(如图 2所示),显然,反向遏止电压的物理含义为背景资料实验仪器实验内容数据处理拓展-应用 7 7 实验原理实验原理?根据普朗克常数的测量: S eU mV ? 22 1?? 0vve hU S?? hWv? 0W mV hv?? 22 1SU v 0v 上式说明与入射光频率成直线关系,实验中可用不同频率的入射光照射,分别找到相应的遏止电压,就可作出的实验直线,此直线的斜率就是 SU 由该直线与横轴的交点,可求出“红限”频率。这就是密立根验证爱因斯坦光电效应方程的主要实验思想。 vU S? ehk?则普朗克常数 ekh??背景资料实验仪器实验内容数据处理拓展-应用 8 8 实验原理实验原理普朗克常数的测量: ?注: