三、 實驗原理
1. 光電效應
當一定頻率的光照射到某些金屬表面上時，可以使電子從金屬表面逸出，這種現象稱為光電效應。所產生的電子，稱為光電子。光電效應是光的經典電磁理論所不能解釋的。
當金屬中的電子吸收乙個頻率為的光子時，便獲得這光子的全部能量，如果這能量大於電子擺脫金屬表面的約束所需要的脫出功w，電子就會從金屬中逸出。按照能量守恆原理有：
1）上式稱為愛因斯坦方程，其中和是光電子的質量和最大速度，是光電子逸出表面後所具有的最大動能。它說明光子能量小於w時，電子不能逸出金屬表面，因而沒有光電效應產生；產生光電效應的入射光最低頻率0=w/，稱為光電效應的極限頻率（又稱紅限）。不同的金屬材料有不同的脫出功，因而υ0也是不同的。
由（1）式可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動能必然也越大，所以即使陰極不加電壓也會有光電子落入陽極而形成光電流，甚至陽極電位比陰極電位低時也會有光電子落到陽極，直至陽極電位低於某一數值時，所有光電子都不能到達陽極，光電流才為零。這個相對於陰極為負值的陽極電位被稱為光電效應的截止電壓。
顯然，有
2）代入（1）式，即有
3）由上式可知，若光電子能量 ，則不能產生光電子。產生光電效應的最低頻率是 ，通常稱為光電效應的截止頻率。不同材料有不同的逸出功，因而也不同。
由於光的強弱決定於光量子的數量，所以光電流與入射光的強度成正比。又因為乙個電子只能吸收乙個光子的能量，所以光電子獲得的能量與光強無關，只與光子 ν的頻率成正比，，將（3）式改寫為
4）上式表明，截止電壓是入射光頻率 ν的線性函式，如圖2，當入射光的頻率時，截止電壓，沒有光電子逸出。圖中的直線的斜率是乙個正的常數：
5）由此可見，只要用實驗方法作出不同頻率下的曲線，並求出此曲線的斜率，就可以通過式（5）求出蒲朗克常數 h。其中是電子的電量。
圖2 u0-v 直線
2. 光電效應的伏安特性曲線
圖3是利用光電管進行光電效應實驗的原理圖。頻率為ν、強度為p的光線照射到光電管陰極上，即有光電子從陰極逸出。如在陰極k和陽極a之間加正向電壓，它使k、a之間建立起的電場對從光電管陰極逸出的光電子起加速作用，隨著電壓的增加，到達陽極的光電子將逐漸增多。
當正向電壓增加到時，光電流達到最大，不再增加，此時即稱為飽和狀態，對應的光電流即稱為飽和光電流。
圖3 光電效應原理圖
由於光電子從陰極表面逸出時具有一定的初速度，所以當兩極間電位差為零時，仍有光電流i存在，若在兩極間施加一反向電壓，光電流隨之減少；當反向電壓達到截止電壓時，光電流為零。
愛因斯坦方程是在同種金屬做陰極和陽極，且陽極很小的理想狀態下匯出的。實際上做陰極的金屬逸出功比作陽極的金屬逸出功小，所以實驗中存在著如下問題：
(1） 暗電流和本底電流。當光電管陰極沒有受到光線照射時也會產生電子流，稱為暗電流。它是由電子的熱運動和光電管管殼漏電等原因造成的。
室內各種漫反射光射入光電管造成的光電流稱為本底電流。暗電流和本底電流隨著k、a之間電壓大小變化而變化。
（2） 陽極電流。製作光電管陰極時，陽極上也會被濺射有陰極材料，所以光入射到陽極上或由陰極反射到陽極上，陽極上也有光電子發射，就形成陽極電流。由於它們的存在，使得i～u曲線較理論曲線下移，如圖6所示。
圖6 伏安特性曲線
五、 資料記錄與處理
1、零電流法測h
第一組：蒲朗克常數：6.65×j·s 誤差0.30%
第二組：蒲朗克常數：6.64×j·s 誤差0.26%
第三組：蒲朗克常數：6.64×j·s 誤差0.21%
2、補償法測h
蒲朗克常數：6.68×j·s 誤差0.88%
3、伏安特性曲線
見下頁。
六、思考討論
1、什麼是光電效應，及內，外光電效應和單光子，多光子光電效應。
當一定頻率的光照射到某些金屬表面上時，可以使電子從金屬表面逸出，這種現象稱為光電效應。所產生的電子，稱為光電子。
常說的光電效應是外光電效應，即電子從金屬表面逸出。內光電效應是光電效應的一種，主要由於光量子作用，引發物質電化學性質變化。內光電效應又可分為光電導效應和光生伏特效應。
光電導效應：當入射光子射入到半導體表面時，半導體吸收入射光子產生電子空穴對，使其自生電導增大。光生伏特效應：
當一定波長的光照射非均勻半導體（如pn結），在自建場的作用下，半導體內部產生光電壓。
濾色片波長λ=435.6nm濾色片波長λ=435.6nm
2、蒲朗克常量的重要性及重要的物理常數
在蒲朗克的能量量子化假設中，蒲朗克常量表示的是乙個能量子的最小單元值，有重要意義。
我們假設光子是交變電磁場的量子，電磁量子相互激發在空間中以光速c直線執行。因而，乙個光子的相對論質量:
6)變換後，可得
7)式中，光速c為恒量，而光子的相對論質量m 和波長 ，又為反比關係，因此對於能量不同的任意光子來說，其角動量都恆等於乙個常數h。因此，我們可得出蒲朗克常數的真正意義應該是單個光子所具有的自旋角動量。
我們知道，為任意單個粒子的自旋角動量，這個角動量是構成粒子的電量子作自旋運動而形成的角動量。如果乙個粒子的自旋半徑可測量的話，則
8)式中的是電量子以光速c沿半徑為r的軌道作自旋運動而形成的相對論質量（不要理解為乙個質量為m的剛體以光速c沿半徑為r的軌道作自旋運動），同樣，式中的與自旋半徑為反比關係，因此對於任意乙個粒子（不包括復合粒子）來說，其自旋角動量都是乙個恒量。
由此說明，角動量守恆定律在粒子體系中也是嚴格守恆的。
在這個證明過程中，蒲朗克常量有重要意義。
重要物理常數
*為高斯（guass）單位
光電效應實驗報告
南昌大學物理實驗報告 學生姓名 黃晨學號 5502211059 專業班級 應用物理學111班班級編號 s008實驗時間 13時 00 分第3周星期三座位號 07 教師編號 t003成績 光電效應 一 實驗目的 1 研究光電管的伏安特性及光電特性 驗證光電效應第一定律 2 了解光電效應的規律，加深對光...
液晶光電效應及其應用預習材料
液晶光電效應實驗預習材料 一 實驗儀器說明 圖1 液晶光開關電光特性綜合實驗儀 如圖1所示，各個按鈕的功能 模式轉換開關 切換液晶的靜態和動態 影象顯示 兩種工作模式。在靜態時，所有的液晶單元所加電壓相同，在動態時，每個單元所加的電壓由開關矩陣控制。同時，當開關處於靜態時發射器光源會自動開啟，動態時...
物理選修3 5之光電效應 含答案
3 5之光電效應 一 選擇題 共30小題 1 2013上海 某半導體雷射器發射波長為1.5 10 6m，功率為5.0 10 3w的連續雷射 已知可見光波長的數量級為10 7m，蒲朗克常量h 6.63 10 34js，該雷射器發出的 2 2012上海 在光電效應實驗中，用單色光照射某種金屬表面，有光電...