光电效应实验：测定普朗克常数与验证爱因斯坦方程

"该实验旨在通过光电效应法来测定普朗克常数，涉及光电管的弱电流特性和遏制电位差的确定。实验中，使用不同波长的单色光照射光电管，通过测量产生的光电流和遏制电位差，验证爱因斯坦的光电效应方程，并计算出普朗克常数。" 光电效应是一种基本的物理现象，它揭示了光的粒子性。当光照射到材料表面时，如果光的能量足够大，可以将材料中的电子打出，形成光电子。爱因斯坦的光电效应方程是这个现象的理论基础，该方程表明光子能量（E）等于电子逸出功（W）加上电子的最大初动能（K）：E = hν = W + K，其中h是普朗克常数，ν是光的频率。 实验中，光电管作为关键设备，其工作原理基于光电效应。当光照射在光电管的阴极K上，若光子能量大于阴极的逸出功，电子将逸出并被阳极A捕获，形成光电流。随着加速电位差UAK的增大，光电流也会增大，直到达到饱和值IH。当UAK变为负值时，光电子无法到达阳极，电流急剧下降，直至变为零，此时的电位差Ua就是遏制电位差。遏制电位差的绝对值与光的频率v有关，且与光强无关。 为了确定遏制电位差，实验者会使用具有特定波长的单色光，例如汞类光谱中的特定线，通过干涉滤光片过滤得到。通过改变UAK并记录对应的光电流，可以绘制出遏制电位差Ua与光频率v的关系图。根据爱因斯坦的方程，这条曲线应该是线性的，斜率可以用来计算普朗克常数h。 在实际操作中，选择的光电管需有良好的特性，比如对可见光敏感但暗电流小，这样即使UAK为负，大部分光电子仍能到达阳极。通过电流为零时的电位差，即可精确确定遏制电位差。 这个实验不仅提供了对光电效应的直观理解，还通过实验数据验证了爱因斯坦的理论，并借此机会测量了基本物理常数——普朗克常数，深化了我们对光的量子性质的认识。通过细致的实验操作和数据分析，学生可以深入掌握光电效应的物理过程及其在技术应用中的重要性。