實驗十六
光電效應
目的
利用光電效應測量蒲郎克常數
簡介
使用不同頻率的色光照射金用表面，測二截止電位，由頻率一截止電位的關係口就可以
求出蒲郎克常數。
原理
當光線照射金后表面時，電子如果獲得足夠的能二，便可以從金日表面逃逸。這種現象
稱為光電效應。
據宣驗所得，以某一定金厄為發射體時，欲使其有光電子可以射出，則入射光的頻率必
須較一截止頻率為大。如果入射光的頻率小於此截止頻率，則雖增加入射光的強度也不能射
出光電子。
光電子從入射光獲得的能量，其中一部分用以克服金囗表面的束縛，一部分則冉主成功
能，受束縛小的電子，具有較大的動能。若將被照射的金囗板做為發射極，以另一金川板做
為收集極，則電子的動能會使得電子飛越空間而到達收集極，形成光電流。若是在發射極及
收集極之間加以反向電壓，則光電流會減少。使得光電流皇成岑的反向電座稱為截止電位，
此時電子的最大動能恰好等於電子克服截止電位所需的能二。從亡驗所得，在某一定金口，
一定入射光頻率的條件下，就有一定的截止電位 (也就是一定的電子最大功能) ，此截止電
位和入射光強度無關。
以上的事宜並不能用古典的電磁理論來解釋。根扒古典電磁理論，強度愈大的光帶有愈
大的能二。因此只要光的強度夠大，就能激發光電子，且愈強的光所激發出的電子具有愈大
的動能，因此不應有截止頻率的現象，也不會有截止電位和光強度無關的現象出現。
愛因斯坦於1905年提出正確的解釋。他假設光之能二是一包一包地行經空間，就像粒子
一樣，稱為光子。一道光線中有許多光子，光愈強，光子數愈多，但是一個光子的能二是一
定的，它正比於光的頻率，即 '
其中，E是光子的能二，p是光的頻率，比例常放h就是蒲郎克常數，其值為6．63x10一34焦
耳．秒(J．sec)。在光電效應中，一個光子和一個電子交互作用，得到下面的方程式 :
其中小是電子受到的最小束縛能，稱為功函數，EK是電子的最大動能。由於不是許多光子
同時和一個電子作用，Ek 自然和入射光強度無關。而截止頻率就是 、
若頻率小於此值，電子就無法脫離金后表面，亦即此時光子的能二hv不足以克服電子所受的
束縛能，所以即使增大光的強度也不能產生光電子。
密立根於1916年用宜驗證宜了 凹 式，確立了愛因斯坦的學說。
在本宜驗中，電子的動能EK可以用截止電位求得，即
其PV是截止電位，e是電子的電旦，用不同頻率的光照射金用，然後作頻率對截止電位的
圖形 (圖一) ，則此直線的斜率就是蒲郎克常數除以電子電二e，求出斜率後可以推算出蒲郎
克常數。
實驗儀器
光電效應儀器內部線路圖
F : 保險絲0．2A
K : 電源開關
RL : 電源指示燈
B: 稔壓電路
VRl: 可變電阻lKn，電位粗調
VR2 : 可變電阻2OOn，直位細調
V: 電壓計，測量由調整VRl與VR2所造成的電壓大小，即加於收集極與發射極間的電壓
SW: 雙向開關
G: 數位電表
A: 用來收集光電子的收集極
C: 用來產生光電子的發射極
S: 光源 (汞燈)
電源指示燈
接線端子，接至電表
濾光月顏色選擇
電源開關
正負電壓切換開關
電位粗調
電位細調
直流電壓表
亡丘程序
1．選定一種頻率的色光。 (儀器上可選擇扯llow，Green，Violet 三種顏色 )
2、以故位電表的伏特檔來二光電流值 (i= 卜，因為R在電表中為一定值，．．，ixV)
3．利用電位粗調及電位細調來改皇反向電壓的大小，測二並記錄此臼壓值及相對應的光日
流值。然後撥動雙向開關，使電壓史成正向電壓，同樣粗調或微調匕位，記錄相對應的
光電流值，畫出光電流對電壓的曲線田。
4．在步驟3．所得的田中，將囗形左迸由大約一2V左右到VF。)所逼近的直線描出，如
下田所示。此直線與原圖形相切那點的電位值，即為截止電位。
5．將步驟4 得到的截止電位對所用的色光頻率，亡出截止屯位對頻率的口形 (一直線)
，由直線斜率求出蒲郎克常數。 (各色光波長請參照亡驗十八光譜分析中作為刻亡刻度
所用的汞燈光譜，選擇合適的波長值，代Av= 求出色光頻率。)
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