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光电效应实验原理,光电效应是什么原理？

admin admin 发表于2024-02-25 15:19:51 浏览18 评论0

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光电效应的实验原理是什么？

这个实验一般是用光电管来完成的，原理是根据光电效应方程：hv=Ekm+W，式中v是照射到阴极材料的入射光频率，Ekm是逸出的光电子最大初动能，W是阴极材料的逸出功。
在实验中，只要把多种不同的入射光频率v和对应光电子最大初动能Ekm测量出来 ，作出Ekm——v图像，可得到一条直线，直线的斜率就是普朗克常数h。
最大初动能的测量：在光电管两端加上反向电压，从0开始慢慢增大反向电压的数值，当光电流刚好为零时，记下反向电压的数值U反，则光电子的最大初动能 Ekm=e*U反，e是电子电量。

光电效应的实验原理是什么？

一 、光电效应法测普朗克常量
二\ 测定光电管的伏安特性曲线
三、验证光电管饱和电流与入射光强（阴极表面照度）的关系
详细一、
实验目的：
了解光电效应的基本规律，并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。
实验原理：
1．光电效应实验原理如右图所示。其中S为 真空光电管，K为阴极，A为阳极。
2．光电流与入射光强度的关系
光电流随加速电位差U的增加而增加，加 速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值和值IH，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= UA-UK变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差Ua存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。
3． 光电子的初动能与入射频率之间的关系
由爱因斯坦光电效应方程 可见：光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。
4． 光电效应有光电阈存在
实验指出，当光的频率 时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程可知： ，ν0称为红限。
爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：

实验仪器：
光电管、单色仪（或滤波片）、水银灯、检流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等，接线电路如右图所示。
实验内容：
1． 在365nm、405nm、436nm、546nm、577nm五种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线，并根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常量h。
2． 作 的关系曲线，用一元线形回归法计算光电管阴极材料的红限频率、逸出功及h值，并与公认值比较。
3． 在波长为577nm的单色光，电压为20V的情况下，分别在透光率为25%、50%、75%时的电流，进而研究饱和光电流与照射光强度的关系
原始数据：
1．波长为365nm:
电压/V -3.00 -1.80 -1.45 -1.40 -1.20 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20
电流/
-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.2 0.7 1.3 1.9 2.8 3.7
电压/V 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80
电流/
4.5 5.4 6.3 6.8 7.5 7.9 8.2 8.6 9.1 9.3
电压/V 2.00 2.50 3.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
电流/
9.5 10.2 10.5 12.0 13.0 13.9 14.2 14.5
2. 波长为405nm:
电压/V -3.00 -1.40 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40
电流/
-0.2 -0.1 0.0 0.2 0.7 1.4 2.2 3.0 3.8 4.4
电压/V 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.50 3.00
电流/
4.8 5.3 5.6 5.9 6.2 6.4 6.6 6.8 7.1 7.3
电压/V 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
电流/
8.1 8.7 9.0 9.2 9.3
3. 波长为436nm:
电压/V -3.00 -2.50 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40
电流/
-0.2 -0.1 0.0 0.0 0.3 0.9 1.5 2.3 3.2 3.7
电压/V 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.50 3.00
电流/
4.1 4.5 4.8 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.4
电压/V 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
电流/
7.1 7.6 7.7 7.9 7.9
4. 波长为546nm:
电压/V -3.00 -1.20 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60
电流/
-0.1 0.0 0.0 0.1 0.6 1.3 1.9 2.3 2.6
电压/V 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.50 3.00
电流/
2.8 3.0 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.8 4.0
电压/V 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
电流/
4.3 4.5 4.6 4.7 4.7
5. 波长为577nm:
电压/V -3.00 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60
电流/
0.0 0.0 0.1 0.3 0.6 0.8 1.0 1.1
电压/V 0.80 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 5.00 10.00
电流/
1.2 1.2 1.3 1.4 1.4 1.4 1.5 1.5
电压/V 15.00 20.00 25.00
电流/
1.5 1.5 1.6
6. 波长为577nm,电压为20V:
透光率 25% 50% 75%
电流/
0.4 0.9 1.2
数据处理:
一 . 做出五个U-I曲线:
1．波长为365nm(频率为8.22 )时：其中所找点为的横坐标为—1.425
2．波长为405nm(频率为7.41 )时：其中所找点的坐标为-0.995
3．波长为436nm(频率为6.88 )时：其中所找点的坐标为-0.935
4.波长为546nm(频率为5.49 )时：其中所找点的坐标为-0.886
5.波长为577nm(频率为5.20 )时：
二.
1.由上述五个U-I曲线图,可以得出相应波长对应的遏止电位差为:
波长/nm 频率/ Hz
颜色 遏止电位差/v
365 8.22 近紫外 -1.425
405 7.41 紫 -0.995
436 6.88 蓝 -0.935
547 5.49 绿 -0.886
577 5.20 黄 无法读出
2.由以上数据作出线性回归直线:
Linear Regression for Data1_B:
Y = A B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------
A -0.17355 0.61919
B 0.17626 0.08758
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------
0.8182 0.17408 4 0.1818
------------------------------------------------------------
3.由上面线性拟合可得:
普朗克常量为
红限为
三. 饱和光电流和光强的关系（λ=577nm,U=20V）
Linear Regression for Data1_B:
Y = A B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------
A 0.1 0.09487
B 0.0144 0.00139
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------
0.99087 0.07746 4 0.00913
得出结论:
1. 实验测得的普朗克常量为 ;单位？
2. 实验测得的红限为 ;
3. 饱和光电流和光强基本上成线性关系;
误差分析:
实验结果中的误差是很大的.经分析,出现误差的最主要原因应该是遏止电位差测量的不精确.. 由于存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流（即无光照射时的电流），所以测得的电流值，实际上包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分，所以伏安曲线并不与U轴相切,进而使得遏止电位差的判断较为困难.因此,实验的成败取决于电位差是否精确.为了减小实验的误差, 确定遏止电位差值，本实验中采取了交点法测量遏止电位差,但是实验的结果中的误差仍然很大,因此要在实验的同时注意以下一些注意事项以尽量减小误差。
注意事项:
1.严禁光源直接照射光电窗口,每次换滤光片时,必定要把出光口盖上;
2.严禁用手摸光学镜头表面;
3.小心轻放,不要把镜头摔坏；
4．测量中要注意抗外界电磁干扰，并避免光直接照射阳极和防止杂散光干扰。

光电效应及普朗克常量的测定实验原理是什么？

光电效应及普朗克常量的测定实验原理是在光谱成分不变的情况下，光电流的大小与入射光的强度成正比。光电效应规律有两条：在光谱成分不变的情况下，光电流的大小与入射光的强度成正比。光电子的最大初动能，随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关。
光电效应及普朗克常量的测定实验介绍
实验采用锑铯光电管、用减速电位法求电子动能的最大值。当光电管内的阴极和阳极之间电压等于零时，被光激发出的电子也可以到达阳极：如果在光电管的阴极和阳极之间加以反向电压。
当反向电压增大到Ug时，光电流等于零，即光电子都回到阴极面上，测出截止电压Up并根据能量守恒定律，就可以求出电子动能的最大值。
爱因斯坦提出：光是由一些能量为E=hv的粒子组成的粒子流，这些粒子称为光子。光的强弱决定于粒子的多少。故光电流与入射光的强度成正比。又因金属中的自由电子通常只能吸收一个光子的能量hv,所以电子获得的能量与光强无关，而只与频率成正比。

光电效应的原理是什么？

（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.

光电效应的原理是什么？

利用的是爱因斯坦的光电效应方程中遏止电压与入射光频率之间应该是一种一一对应的线性关系。
密立根先生在进行具体实验的时候，他选择了6种不同波长（频率自然也就不同了）的光，分别测量它们在不同电压情况下光电流的大小，然后绘制出电压和光电流之间的曲线图像。
从图像中再获得某一波长的光照射下被测金属的遏止电压。这样，6种频率对应六个不同的遏止电压，再次以此为坐标做出图像来，正好是一条漂亮的直线。
光电效应方程里面包含了三个部分：光量子能量、光电子初动能和光电子的逸出功。这里面，光量子能量直接与光的频率有关，而光电子初动能，则需要用另外一个物理量来反映一下。

光电效应是什么原理？

光电效应：光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。
这一现象是1887年赫兹在实验研究麦克斯韦电磁理论时偶然发现的。1888年，德国物理学家霍尔瓦克斯（Wilhelm Hallwachs)证实是由于在放电间隙内出现荷电体的缘故。1899年，J·J·汤姆孙通过实验证实该荷电体与阴极射线一样是电子流。1899—1902年间，勒纳德（P·Lenard）对光电效应进行了系统研究，并命名为光电效应。1905年，爱因斯坦在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文中，用光量子理论对光电效应进行了全面的解释。1916年，美国科学家密立根通过精密的定量实验证明了爱因斯坦的理论解释，从而也证明了光量子理论。
光电效应是指当光照射到金属或其他物质时，会引起电子的排出现象。其基本原理可以归结为以下几点：
光子粒子性：光被看作由一束具有能量和动量的光子组成的粒子流。光子是电磁辐射的基本量子，具有离散的能量和动量。
能量转移：当光照射到金属表面时，光子与金属中的自由电子发生相互作用。光子的能量可以被传递给电子。
动量守恒：根据动量守恒定律，光子的动量等于其波长除以普朗克常量。当光子传递能量给电子时，电子获得了光子的能量和动量。
电子排出：如果光子的能量足够高，超过了金属中自由电子的束缚能，那么电子就可以从金属中解离出来，并进入导体中形成自由电子。
需要注意的是，光电效应只在一定波长范围内的光照下才能发生，并且光子的能量必须大于金属中的功函数（即电离能），才能使电子克服束缚并被排出。
光电效应的发现和理解对于量子力学的发展起到了重要的推动作用，并为后来的光电子学、光催化等领域的研究提供了基础。

简述光电效应的产生原理

光电效应的产生原理如下：
一、光电效应的产生原理
当光照射到金属表面时，如果光的频率足够高，金属表面的电子受到光的激发后会被抛射出来，产生自由电子。这一现象被称为光电效应。
具体来说，当光照射到金属上时，光子将能量传递给金属上的电子，激发它们从金属原子中脱离出来。这些从金属中脱离的自由电子可以自由移动，形成电流。
二、光电效应能够发生的原因
在于光子的能量和金属表面的电子结构之间的相互作用。当光子的能量足够高时，可以克服金属对电子的束缚力，使电子脱离金属表面。
根据能量守恒定律，光子的能量完全转移到电子上，电子获得足够大的动能，从而能够克服束缚力逃离金属表面。这个能量转移过程满足爱因斯坦提出的能量量子化关系。能量量子化理论说明，能量以离散的方式存在，而不是连续的。
光电效应的实际应用：
1、光电转换器件：
如太阳能电池、光电二极管、光电晶体管等，它们利用光电效应将光能转化为电能。
2、光电测量技术：
在光电测距、光电测速、光电测量等领域，光电效应被用于精确测量和监控。
3、光学通信：
如光纤通信和无线通信，利用光电效应传递信息。
4、光电显示技术：
如液晶显示器、OLED显示器、光电子墨水等，它们依赖光电效应展示图像和文字。
5、光电检测技术：
在诸如光电传感器、光电开关、光电检测仪等领域，光电效应被用于检测光信号和物理量。
6、医学领域：
光电治疗仪、光电诊断仪等利用光电效应进行医疗诊断和治疗。
7、工业领域：
激光加工、激光打标、激光切割等利用光电效应进行精密制造。
8、安防领域：
红外夜视仪、红外热成像仪等依赖光电效应进行安全监控。
9、科学研究：
激光实验、光电子学研究等前沿研究领域也利用光电效应进行高精度的实验和测量。

光电效应的原理是什么及现

光电效应是指光照射物体时，会使物体表面电荷发生变化，产生电流的现象。这种现象的原理是光照射的能量会被物体的电子吸收，使得电子跃迁到更高能级的能带中。当电子回到原能级时，会释放出能量，其中一部分能量会以光的形式释放出来，另一部分能量会被转化为电能。这就是光电效应的原理。光电效应可以分为两种：直接光电效应和间接光电效应。直接光电效应是指光照射到半导体材料时，可以直接由光能转化为电能，这就是太阳能电池的原理。间接光电效应是指光照射到一般物质时，会产生电荷变化，但电子并不会直接跃迁到更高能级的能带中。当光照射到这种物质时，会在物质表面产生自由电子，这些自由电子就可以通过电导线形成电流。这就是常见的光电管的原理。

光电效应原理

一、原理不同
光电效应：光电效应的原理是在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流。
光伏效应：光伏效应的原理是将太阳光照进行转化的过程，光子转化为电子，光能转化为电能，然后再形成电压，即光生伏特效应。
二、现象不同
光电效应：光电效应的现象是当光照射到金属表面时，金属内部的自由电子从表面逃逸出来的现象。
光伏效应：光伏效应的现象是光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。
三、材料不同
光电效应：光电效应的材料通常为金属材料。
光伏效应：光伏效应的材料通常为半导体材料。