Question

光电效应的原理

Answer 1

（1） 根据爱因斯坦光电效应方程：1/2mvv=hv-Wk
式中m为电子质量,v为光电子的最大速度,Wk为该金属的逸出功,它的大小与入射光频率v无关,只决定于金属本身的属性.
一束频率为v的单色光入射在真空光电管的光阴极K上.在光电管的收集极(阳板)C和光阴极K之间外加一反向电压,使得C、K之间建立起的电场,对光阴极中逸出的光电子起着阻挡它们到达收集极的作用(减速作用).随着两极间负电压的逐渐增大,到达收集极的光电子,亦即流过微电流计G的光电流将逐渐减小.当U=Uo`时,光电流将为零.此时逸出金属表面的光电子全部不能到达收集极.Uo`称为外加遏止电势差.
（2）由于光电管在制造过程中的工艺问题及电极结构上的种种原因,在产生阴极光电流的同时,还伴随着下列两个主要物理过程：
反向电流,光电管制作过程中,工艺上很难做到阳极不被阴极材料所沾染,而且这种沾染在光电管使用过程中还会日趋严重.所以当光射到阳极C上或阴极K漫反射到阳极C上,致使阳级C也发射光电子,而外电场对这些光电子却是一个加速场,因此它们很容易到达阴极而形成反向电流.
暗电流和本底电流,当光电管不受任何光照射时,在外加电压下光电管仍有微弱电流流过,称为光电管的暗电流.其原因主要是热电子发射及光电管管壳漏电所致.本底电流是因为室内各种漫反射光射入光电管所致.暗电流和本底电流均使光电流不可能降为零,且随电压的变化而变化,形成光电管的暗特性.由于上述两个因素的影响,实测电流实际上是阴极光电流、阳极光电子形成的反向电流及暗电流的代数和.
四、误差分析
产生误差的原因可能为：
1．反向电流的作用造成误差.
2．暗电流和本地电流对实验结果的影响,暗电流产生的主要原因是热电子发射及光电管管壳漏电所致,本地电流是因为室内各种漫反射光射入光电管所致,暗电流和本底电流使光电流不可能降为零,形成光电管的暗特性.
四、实验方案
（1） 打开汞灯和微电流测试仪,均遇热20分钟左右进行测量.
（2） 调节光电管前后位置,尽量缩小入射光的光斑,以减少杂散光的影响.
（3）调节光电管上下左右的位置,使入射光照到阴极圈的中间,以免入射光直接照到阳极面产生强大的反向电流.
（3） 调好微电流测试仪.
（4） 将波长选择盘转到遮光位置,转动“电压调节旋钮”旋钮,从-2至0v之间,每隔0.2v记一次想对应的电压和电流值,作出暗电流特性曲线.
（5） 将波长选择盘转到365nm位置,从-2v开始测,转动加速电压调节旋钮,每隔0.1v记一次相对应的电流和电压值,直到“微电流指示”数字表接近满度为止.然后作光电流特性曲线.找出光电流特性曲线与暗电流特性曲线的交点所对应的电势差Uo`.
（6） 将波长选择旋钮分别转到405nm、436nm、546nm、577nm位置,按上述同样的方法作出各单色光对应的光电流特性曲线,及所对应的Uo`.
（7） 利用上面测得的数据,作Uo'——v图线,求h出,并与公认值比较.
五、讨论与分析
(1) 汞灯需冷却后再启动,否则会影响其寿命；
(2) 光电管应保存在暗箱内,实验时也应尽量减少光照,故实验不读数时应将波长选择旋钮转到暗的位置.