光电效应

华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology物理实验中心网站202.120.99.174AlbertEinstein1879-19551921年诺贝尔物理学奖华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology赫兹在研究紫外线对火花放电的影响时发现了光电效应。后来勒纳德等人制作了二极管研究了这一现象。当时无法用经典理论解释。1900年，普朗克（MaxKarlErnstLudwigPlanck,1858—1947）提出量子假设。1905年，爱因斯坦提出光量子概念，解释了光电效应现象。实验历史背景及意义在物理学史上，光电效应现象的发现，对光的本性—波粒二象性的认识，具有极为重要的意义，它给量子论以直观、明确的证明。华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology光电效应示意图实验原理光电效应：电子从受辐射作用的材料中释放出来的过程，叫做光电效应；发射出来的电子叫做光电子。华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology光电效应外光电效应——光作用下金属表面逸出电子,ex:光电倍增管内光电效应——光电导效应：半导体材料在光照下，电子受能量大于电子禁带宽度的光子作用激发导带，增加电导率的现象ex:光敏电阻光生伏打效应：半导体材料在pn结处形成内建电场，光照下，激发子在内建电场作用下形成电动势的现象。ex:太阳能电池、硅光电池华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology实验事实(1)饱和光电流：饱和光电流强度与入射光强度成正比。(2)每个光电子的初动能随入射光频率提高而增大，与入射光强无关；(3)存在截止频率：对某一种金属来说，只有当入射光的频率大于某一频率时，电子才能从金属表面逸出，电路中才有光电流，这个频率叫做截止频率.(4)光电效应是瞬时效应。221mvUa312UIIh0aU0红限频率华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology(5)线性性：用不同频率的光照射阴极K的表面时，只要入射光的频率大于截止频率，遏止电势差与入射光频率具有线性关系。NaCaO2.01.06.08.010.0Hz1040102|Ua|实验事实华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology爱因斯坦光电方程爱因斯坦认为光束可以看成是由微粒构成的粒子流，这些粒子流叫做光量子（光子）。一个频率为的光子具有能量阴极金属材料的逸出功为阴极表面电子吸收光子的能量，当＞电子逸出，并具有初动能Ahmv221hAAh221mv华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology对光电管加反向电压，该电压减弱了逸出光电子向阳极A的运动，如反向电压逐渐增大到某值Ua，则光电子无法到达阳极A，光电流为零，而反向电压的电场力对光电子作功为eUa。AhmveUa221遏止电压窗口阴极阳极VG光束光电子实验电路图反向开关华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology误差分析a.实测曲线b.理论曲线c.阳极电流：A极难免粘上阴极材料，受光照后也要发射少量光电子，构成反向电流。d.漏电流：爱因斯坦方程在绝对零度下严格成立。常温下，电极要发射少量热电子，加上管壳和管座的漏电构成暗电流。理论曲线实测曲线漏电流抬头电压华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology实验内容1.测量光电管的伏安特性曲线：入射光的波长分别为365.0nm、404.7nm。（电压：－3V～＋30V，在－2V～0V多测几个点）2.测量入射光的“抬头电压”：波长分别为435.8、546.1、577.0nm。（电压：－3V～0V）3.观测入射光强与饱和电流的关系。入射光为577.0nm，测量光强为100％、75％、50％、25％时的饱和光电流。（电压：15V～30V）华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology数据处理1.绘出365.0nm和404.7nm光的I～U伏安特性曲线。2.用图解法计算普朗克常数h，并计算与公认值的百分误差。公认值h＝6.626076×10－34J·s。3.对实验过程和结果分析讨论，并可进行展开。华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnologyeAehUa由斜率可计算h与纵轴截距可计算逸出功A实际测量时，是否测I=0的那个点？数据处理5.05.56.06.57.07.58.08.5-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4Y=1.58501-0.42065*XU0/V/1014HzU0~ν关系曲线华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology注意事项1.充分理解仪器使用要求和操作顺序。不要随意拆卸电缆和导线，保证接触良好。2.不要让光源的出射光直接入射光电管，保证光电管安全，并注意保护滤色片、减光片。3.在变换电压量程和极性时，需将电压调节为零，不允许随意改变电压量程和极性.华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology爱因斯坦光电效应的应用光电管和固态光电探测器光控继电器光电倍增管光电导摄像管光敏电阻华东理工大学物理实验教学中心EastChinaUniversityofScienceandTechnology光电倍增管（PMT）是光子技术器件中的一个重要产品，它是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。光电倍增管