物理實驗題在高考中所占比例很大，因此做好物理實驗題很有必要。物理網(wǎng)為大家整理的高考物理演示實驗：光電效應，希望可以對你有幫助。

一.實驗目的

1.了解光電效應的基本規(guī)律，加深對光量子性的理解。

2.了解光電管的結(jié)構和性能，并測定其基本特性曲線。

3.驗證愛因斯坦光電效應方程，測定普朗克常數(shù)。

二.實驗儀器

光電管、光源、濾色片、微電流計、電壓表、滑線電阻、直流電源、開關和導線等。

三.實驗原理

1.光電效應及其規(guī)律

在一定頻率的光的照射下，電子從金屬(或金屬化合物)表面逸出的現(xiàn)象稱為光電效應，從金屬(或金屬化合物)表面逸出的電子稱為光電子。研究光電效應的電路圖如圖3-19-1所示。實驗表明光電效應有如下規(guī)律：

(1)只有當入射光頻率大于某一定值時，才會有光電子產(chǎn)生，若光的頻率低于這個值，則無論光強度多大，照射時間多長，都不會有光電子產(chǎn)生。即光電效應存在一個頻率閾值0，稱為截止頻率。

(2)光電子的多少與光的強度有關，即飽和光電流IH與入射光的光強成正比。如圖3-19-2所示，I～U曲線稱為光電管伏安特性曲線，曲線(2)的光強是曲線(1)光強的一半。

光電管福安特性曲線

(3)光電子的動能(光電子的動能)與入射光的頻率成正比，與光強無關。實驗中反映初動能大小的是遏止電位差Ua。在圖3-19-1電路中，將光電管陽極與陰極連線對調(diào)，即在光電管兩極間加反向電壓，則K、A間的電場將對陰極逸出的電子起減速作用，若反向電壓增加，則光電流I減小，當反向電壓達到Ua時，光電流為零(如圖3-19-2所示)，此時電場力對光電子所作的功eUa等于光電子的初動能光電子的初動能，Ua稱為遏止電位差。以不同頻率的光照射時，Ua～關系曲線為一直線，如圖3-19-3所示。

遏制電壓與入射光頻率的關系曲線

光電效應的這些實驗規(guī)律，用光的電磁波理論不能作出圓滿的解釋。

1905年愛因斯坦提出了一個著名的理論光量子理論，成功地解釋了光電效應現(xiàn)象。他認為一束頻率為的光是一束以光速c運動的、具有能量的粒子流。這些粒子稱為光量子，簡稱光子。h為普朗克常數(shù)。

按照光子論和能量守恒定律，愛因斯坦提出了一個著名的方程：

光子論和能量守恒定律方程(3-19-1)

金屬中自由電子，從入射光中吸收一個光子的能量，克服電子從金屬表面逸出時所需的逸出功A后，逸出表面，具有初動能光電子的初動能。

式(3-19-1)即為愛因斯坦光電效應方程，由此方程可圓滿的解釋光電效應的實驗規(guī)律。

同樣，由式(3-19-1)可知，要能夠產(chǎn)生光電效應，需光電子的初動能0，即h-A0，光電效應，而光電效應就是截止頻率0，光電效應。

實驗時，測出不同頻率的光入射時的遏止電位差Ua后，作Ua～曲線，Ua與成線性關系：

Ua與成線性關系即：Ua與成線性關系(3-19-2)

從直線斜率可求出普朗克常數(shù)h，由直線的截距可求得截止頻率0。式(3-19-2)中的e為電子的電量。

真空光電管結(jié)構圖

2.光電管

光電管是利用光電效應制成的能將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的光電器件。在一個真空的玻璃泡內(nèi)裝有兩個電極，一個是陽極A，另一個是光電陰極K，如圖3-19-4所示。光電陰極是附在玻璃泡內(nèi)壁的一個薄層(有的附在璃泡內(nèi)的半圓形金屬片的內(nèi)側(cè))，此薄層由具有表面光電效應的材料制成(常用銻銫金屬化和物)。在陰極的前面，裝有金屬絲制成的單根(或圈成一個小環(huán))的陽極。陰極受到光線照射的時候便發(fā)射電子，電子在外場的作用下向陽極運動形成光電流。

除真空式光電管以外，還有一種充氣式的光電管。它的構造和真空式的完全相同，所不同的僅僅在真空的玻璃泡內(nèi)充入了少量的惰性氣體，如氬氣等。當光電陰極被光線照射時便發(fā)射電子，發(fā)射的電子在趨向陽極的途中撞擊惰性氣體的分子，使氣體游離成為正離子、負離子以及電子。撞擊出的負離子、電子以及陰極發(fā)射的電子共同被陽極吸收，因此陽極的總電流便增大了，故充氣式光電管比真空式光電管有較高的靈敏度。

(1)光電管的伏安特性

當以一定頻率和強度的光照射光電管時，光電流隨兩極間電壓變化的特性稱之為光電管的伏安特性，其曲線如圖3-19-2所示。圖中AB段表示光電流隨陽極電壓的增加而增大，BC段表示當陽極電壓的增大到某一值后，光電流不再增加，此時的光電流叫做飽和光電流IH，飽和光電流相當于所有被激發(fā)出來的電子全部到達陽極。實驗表明，飽和光電流和入射光的光通量成正比，因此用不同強度的光照射陰極K時，可得到不同的伏安特性曲線。

(2)光電管的光電特性

當照射光電管的光的頻率和兩極間電壓一定時，飽和光電流IH隨照射光強度E變化的特性稱之為光電管的光電特性。對于真空式光電管，其曲線成線性關系，如圖3-19-5所示。

光電光的光電特性曲線

四.實驗內(nèi)容

1.儀器調(diào)節(jié)

按圖3-19-1接好電路，選擇好微電流計的量程，并調(diào)節(jié)其零點。

2.測光電管的伏安特性

把光源放在距光電管約30cm處，點亮光源，打開光電管盒上的蓋子，使光正好射到光電管上。改變電壓U，使光電管上的電壓由0逐漸增加到30V，記錄下光電流I隨電壓U變化的情況。然后給光電管加反向電壓(將光電管兩極連線對調(diào))，改變電壓，同時測出不同電壓下的電流值。

以I為縱坐標，以U為橫坐標，作伏安特性曲線，從曲線上得到飽和電流IH。

3.測定光電管的光電特性

將光電管極間電壓固定在使光電流達到飽和區(qū)域的某一適當數(shù)值，使光電管位置不動，移動光源，使微電流計讀數(shù)n等間隔的變化，記下相應的L值。

以n為縱坐標，以1/L2為橫坐標作曲線圖。

4.測定普朗克常數(shù)

(1)測光電管的暗電流

在無光照的情況下，改變光電管兩端電壓，記下相應暗電流值。

(2)測光電管的反向伏安特性

給光電管加反向電壓，并使光源對準暗盒窗口，打開蓋子，換上相應波長的濾色片。測量反向電壓由零逐漸增加到反向電流達到飽和時不同電壓下的光電流值。測量時，先觀察一下不同電壓下的光電流變化情況，在反向電流開始有明顯變化處附近多測幾組數(shù)據(jù)。換上不同波長的濾色片，重復上述步驟。

思考題：

把一塊擦得很亮的鋅板連接在靈每驗電器上，用弧光燈照鋅板，驗電器的指針就張開一個角度，表明鋅板帶了電.進一步檢查知道鋅板帶()電。這表明在弧光燈的照射下，鋅板中有一部分()從表面飛了出去鋅板中少了()，于是帶()電。

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