光电效应实验规律-来自《光学教程》

实验时以强度一定的单色光照射阴极，通过分压器改变电压同时记录电压U和电流I值，可得图7-7所示的实验曲线。由曲线可知，当两极间加正向电压时，光电流随电压的增加而增加，并在电压足够大时趋向饱和。这说明入射光强一定时，单位时间从阴极逸出的光电子数n是一定的，当电压大到足以把产生的光电子全部拉向阳极时，光电流就达到饱和值I0，再增加电压时电流不会继续增加。显然，饱和电流为

式中，e为电子电量。

由图7-7可知，电压为零时光电流并不为零，这说明光电子从阴极脱出时具有初速度，因此具有初动能。虽无外电场，部分光电子依靠初动能仍能到达阳极而形成光电流。当加反向电压时，电场对光电子有阻止作用，只有少量初动能较大的光电子可克服电场阻止到达阳极而形成光电流。随反向电压增大，到达阳极A的光电子数减少，光电流也减小。当反向电压到某U0时，光电流为零，即最大初动能的光电子也不能到达阳极。U0称为遏止电压，显然

式中，m为电子质量，vm为电子的最大初速度。所以从实验中测出U0，就可计算出光电子最大初动能。

图7-7 光电流的大小与电压的关系

实验时，若以频率相同而光强不同的光照射阴极，可得图7-8所示的一组曲线。若使不同频率的光照射阴极，遏止电压U0和频率ν之间的关系如图7-9所示。

图7-8 不同光强下的伏安特性曲线

图7-9 入射光频率与遏止电压的关系(www.xing528.com)

分析光电效应实验结果，可得出下述规律。

(1)饱和电流I0与入射光强成正比，而遏止电压U0与光强无关(图7-7)。式(7-10)和式(7-11)说明，单位时间内从阴极脱出的光电子数与入射光强成正比，而光子的最大初动能与入射光强无关。

(2)遏止电压U0与入射光频率ν呈线性关系(图7-8)。用下式表示：

式中，ν0为直线在横轴上的截距。实验发现斜率k与阴极材料无关，而ν0与阴极材料有关。由式(7-11)和式(7-12)可得

可见光电子的最大初动能随入射光频率线性改变。

(3)光电效应存在截止频率ν0。，由式(7-13)得ν≥ν0。对每一种阴极材料，都存在一个入射光频率ν0，小于ν0的光不论强度多大，照射时间多长，都无光电子发射。频率ν0称为光电效应的截止频率或频率的红限，红限有时也用波长λ0表示，，不同阴极材料的红限不同，表7-1给出了几种金属的红限值。

表7-1 几种金属的红限值

(4)光电效应的弛豫时间非常短。从光照射到阴极上到发射出光电子所需时间称为光电效应的弛豫时间。实验表明，只要入射光频率不低于ν0，不论光强如何弱，光电效应的弛豫时间不超过10-9s。