大学物理实验中,光电效应测普朗克常量是一项重要的实验内容,旨在帮助学生了解光电效应的基本规律,并通过实验方法精确测量普朗克常量及光电管的光电特性曲线。
当光照在物体上时,光能的一部分被物体吸收转化为热能,另一部分则转化为物体内部某些电子的能量,使这些电子逸出物体表面,这一过程被称为光电效应。通过光电效应实验装置(如图1所示),可以观察到光电子的产生。
在实验中,光电流随加速电位差U的增加而增加。当加速电位差U达到一定值后,光电流达到饱和值IH,这表明饱和电流与光强成正比,与入射光的频率无关。一旦U=UA-UK变为负值,光电流将迅速减小。实验还表明,存在一个遏止电位差Ua,当电位差达到这个值时,光电流为零,这表明光电子的初动能等于它克服电场力所做的功。
进一步研究光电子的初动能与入射光频率之间的关系时,通过实验发现,光电子从阴极逸出时具有初动能,在减速电压下,光电子逆着电场力方向从K极向A极运动。当U=Ua时,光电子不再能够到达A极,光电流为零。这表明光电子的初动能等于它克服电场力所做的功,即1/2mv^2=eUa。
每个光子的能量为hv,光电子吸收光子能量hv后,一部分用于克服逸出功A,另一部分转化为电子动能。根据能量守恒定律,可以得出光电子的初动能与入射光频率ν之间的线性关系:hv=1/2mv^2+A。这揭示了光电子的初动能与入射光频率呈正比关系,而与光强无关。
通过测量光电效应实验中的关键参数,如加速电位差、光电流、光强和入射光频率,可以推导出普朗克常量的值。这项实验不仅加深了对光电效应的理解,还展示了物理学中能量守恒定律的应用。