探究光电效应实验

实验目的

探究光电效应的发生条件,以及光电流、光电子最大初动能与光的频率、光强的关系。

实验原理

光照射金属时,光子能量 hν 被电子吸收,电子克服逸出功 W0 后逸出,光电子最大初动能 Ek = hν - W0。遏止电压 Uc 满足 eUc = Ek。入射光频率须大于截止频率 ν0 = W0/h 才能发生光电效应;光强只影响单位时间内逸出的光电子数,从而影响饱和光电流。

实验器材

• 光电管(阴极 K、阳极 A)
• 可调频率的单色光源
• 光强调节装置
• 电压表
• 灵敏电流表
• 滑动变阻器
• 可换向的直流电源

实验步骤

1. 观察光电管、光源和电路的连接,明确阴极与阳极。
2. 保持光强不变,逐渐提高入射光频率,观察何时出现光电流。
3. 取频率大于截止频率的光,增大光强,观察光电流的变化。
4. 加反向电压并逐渐增大,记录光电流刚好为零时的遏止电压。
5. 改变入射光频率,重复测量遏止电压并比较。

实验现象与结论

入射光频率低于截止频率时,无论光多强都没有光电流;高于截止频率时立即产生光电流。频率不变时,光越强,饱和光电流越大;遏止电压只随频率增大而增大,与光强无关。说明光电效应由单个光子的能量决定,支持光的粒子性。

注意事项

• 实物实验中紫外光源不可直视,应佩戴防护眼镜。
• 光电管为玻璃器件,轻拿轻放,所加电压不超过额定值。

常见问题

为什么光很强也不一定发生光电效应?

能否发生取决于单个光子能量 hν 是否大于逸出功,即频率是否大于截止频率,与光强无关。

遏止电压与什么有关?

由 eUc = hν - W0 可知,遏止电压随入射光频率增大而增大,与光强无关。