光电效应测普朗克常数
在近代物理学中,光电效应在证实光的量子性方面有着重要的地位。1905 年爱因斯坦在普朗克量子假说的基础上圆满地解释了光电效应,约十年后密立根以精确的光电效应实验证实了爱因斯坦的光电效应方程,并测定了普朗克常数。而今 光电效应已经广泛地应用于各科技领域,利用光电效应制成的光电器件(如:光电管、光电池、光电倍增管等)已成为生产和科研中不可缺少的器件。
【实验目的】
1. 测定光电效应的基本特性曲线,加深对光的量子性的理解;
2. 学习验证爱因斯坦光电方程的实验方法,并测定普朗克常数。
【实验仪器】
ZKY—GD1光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片(五个)、光阑(两个)、光电管、测试仪(含光电管和微电流放大器)
图1 实验仪器实物图
【实验原理】
1. 光电效应与爱因斯坦方程
用合适频率的光照射在某些金属表面上时,会有电子从金属表面逸出,这种现象叫做光电效应,从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象,爱因斯坦提出了“光量子”的概念,认为对于频率为的光波,每个光子的能量为
式中,为普朗克常数,它的公认值是=6.626。
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金属电子逸出功的测量
一、实验目的
1.了解热电子的发射规律,掌握逸出功的测量方法。
2.了解费米—狄拉克量子统计规律,并掌握数据分析处理的方法。
二、实验原理
(一)电子逸出功及热电子发射规律
热金属内部有大量自由运动电子,其能量分布遵循费米-狄拉克量子统计分布规律,当电子能量高于逸出功时,将有部分电子从金属表面逃逸形成热电子发射电流。电子逸出功是指金属内部的电子为摆脱周围正离子对它的束缚而逸出金属表面所需的能量。逸出功为 ,其中为位能势垒,为费米能量。
由费米—狄拉克统计分布律,在温度,速度在之间的电子数目为:
(1)
其中h为普朗克常数,k为波尔兹曼常数。选择适当坐标系,则只需考虑x方向上的情形,利用积分运算
(2)
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实验1-4 逸出功的测定
【实验目的】
1、了解热电子发射规律。
2、掌握逸出功的测量方法。
3、学习一种数据处理方法。
【实验原理】
若真空二极管的阴极(用被测金属钨做成)通以电流加热,并在阳极上加正电压,则在连结两个电极的外电路中就有电流通过,如图1-4-1所示。这种电子从加热金属中发射出来的现象,称热电子发射。研究热电子发射的目的之一,就是要选择合适的阴极材料。逸出功是金属的电子发射的基本物理量。
1、 电子的逸出功
根据固体物理学中金属电子理论,金属中传导电子的能量分布按费米-狄拉克(Fermi-Dirac)分布,即:
(1-4-1)
式中WF称费米能级。
在绝对零度时,电子的能量分布如图1-4-2中的曲线(1)所示。此时电子所具有的最大动能为WF。当温度升高时,电子的能量分布如图1-4-2中的曲线(2)所示。其中少数电子具有比WF高的能量,并以指数规律衰减。
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【数据处理】
由图可知:0.60V时logI0=-4.474; 0.62V时logI0=-4.262; 0.64V时logI0=-4.055; 0.66V时logI0=- 3.855;
0.68V时logI0=- 3.660; 0.70V时logI0=-- 3.479; 0.72V时logI0=- 3.307;
根据表中数据作图如上:直线斜率:m=-21987
逸出电势:Φ==4.36 eV
逸出功:eV=4.36 eV
与逸出功公认值4.54eV比较,误差Er=3.96%
斜率:K=155.6;
阳极内半径a=3.9*10-3;线圈长度:l=1.47*10-2;;线圈数:N=990匝;线圈内半径:r1=0.021m;线圈外半径:r2=0.028m;真空磁导率:4μ
荷质比e/m=1.7588*1011(c/Kg)
K’=0.0197;K=*K’;
K=155.6;
所以e/m=2.108*1011;
【思考与讨论】
3.答:理查逊的直线法在于将原先很复杂的公式简单化,而且变成线性化。便于观察和测量。
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《金属电子逸出功的测定》实验指导与报告要求
一、电子发射
1、 电子发射的分类:
⑴、光电发射:靠光照射金属表面引起电子发射。
⑵、热电子发射:加热金属使其中大量电子克服表面势垒而逸出。
⑶、二次电子发射:靠电子流或离子流轰击金属表面产生电子发射
⑷、场效应发射:靠外加强电场引起电子发射
2、热电子发射
⑴、无线电电子学的基础
⑵、真空管中从通电加热的金属丝阴极表面逸出电子的现象
二、实验目的和要求
1、了解热电子发射规律。
2、掌握逸出功的测量方法。
2、 学习一种数据处理方法。
三、金属电子逸出功的测定原理简述
1、真空二极管的结构
a) 阴极K 通以电流 If 加热
b) 阳极A上加以正电压,在连接这两个电极的外电路中将有电流 Ia 通过
2、金属电子逸出功
⑴金属中电子能量分布
根据固体物理学中金属电子理论,金属中传导电子的能量分布按费米-狄拉克(Fermi-Dirac)分布,即:
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金属电子逸出功的测量分析
实验目的
1、 了解费米-狄拉克量子统计规律。
2、 理解热电子发射规律和掌握逸出功的测量方法。
3、 用理查逊直线法分析阴极材料(钨)的电子逸出功。
实验原理
一、电子逸出功
电子逸出功是指金属内部的电子为摆脱周围正离子对它的束缚而逸出金属表面所需要的能量。
根据固体物理中的金属电子理论,金属中的电子具有一定的能量,并遵从费米-狄拉克量子统计分布。在T=0时,所有电子的能量都不能超过费米能量,即高于的能级上没有电子,但是,当温度升高时,将有一部分电子获得能量而处在高于的能级上。由于金属表面与真空之间有高度为的位能势垒,金属中的电子则可以看做处于深度为的势阱内运动的电子气体。图1所示,若电子从金属表面逸出,必须从外界获得能量:
(1)
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