若进一步加大电压U至-UC。电压值达到反向截至电压时,光电子在电场作用下减速至0,无法到达阳极A,光电子初动能全部转化为电场势能,
即: = m
之后电子受到反向电场作用,加速返回K极。由于没有电子到达A极,IA降为零,光电管进入反向截止状态,如图2.2-3中c点所示。此时即使继续增大光强, 虽然有更多的光电子从金属表面逸出,然而单个光电子的动能不会增大,没有电子能够达到A极,所以 IA≡0 。故在阴极电流部分在达到反向截止电压时IA变为零。
这一组成部分为阴极电流部分,它是理想状态的光电效应所产生的伏安特性曲线。
图表 2.3-3 光电图的I-U 曲线
(2) 由于仅当绝对零度时爱因斯坦方程才能成立,即温度为0K。在常温时,即便光电管没有被入射光照射,也会有少量热电子从金属表面逸出,而且光电管的管座与管壁表面也会存在现象,产生暗电流。由于漏光的原因也会有各种漫反射光射入光电管产生本底电流,这与室内灯光,阳光等有光,也与天气,白天,夜晚等有关。如图2.3-4所示,暗电流与本地电流IK还与光电管两极之间电压大小有关。所以暗电流和本底电流的大小与温度、光电管管壳受玷污及受潮程度杂散光入射光电管的程度、光电管两极间电压的大小等因素有关。
图表 2.3-4暗电流、本底电流的I-U图像
(3)在光电管的制造过程中,或多或少都会有杂质参入阴极中,而且光电管使用过程中还会加重这种玷污。在入射光的照射下, 电子也能从被玷污了的阳极 射出, 形成阳极电流,即反向电流。在实验中由于漏光等原因,将有少量入射光入射到A极,阴极电子获得能量逸出,A极发射少量光电子构成如图2.3-5所示的反向电流。如图2.3-5中所标示的阳极电流虚线所示。
图表 2.3-5 反向阳极电流的I-U曲线
(4) 理想的IA的曲线图如图2.3-5所示,在S点处达到饱和状态,底部截止于-UC,只存在阴极电流。实测曲线是IA综合了本底电流、暗电流及反向阳极电流的结果,如图1.3-5所示肩部S点右边渐趋饱和,底部的电流不是零而是一个较小的负值;曲线的d段仅含有IK+IT比较平,与b段光滑连接,给截止电压UC的判定造成困难。
图2.3-6 光电管的I-U图像
2.4 普朗克常数的测量原理
在测量普朗克常数的实验中,根据
(2.2-1)
=
可以求得普朗克常量,测量的关键在于求出截止电压Uα,然后做截止电压和频率的Uα-ν图像,求出斜率K,普朗克常量h=Kе , e为单位电子电荷量.
通常采用的测量方法有零点法,补偿法,拐点法。
1、零点法测截止电压[3]:根据图2.3-2和图2.3-3,在阳极反向电流、暗电流和本底电流都非常小的前提下,如果不考虑阳极电流,假设实际曲线近似于理想的阴极电流曲线,我们可以把实际电流为零时的电压近似为理想的阴极电流为零时的截止电压。(即直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压UAK的绝对值作为截止电压Uα,从而获得截止电压值)。用零电流法测量的截止电压与真实值相差较小,并且各谱线的截止电压都相差 U,对于Uα-ν曲线的斜率无大的影响。这是因为阳极电流和暗电流的I-U为正比关系,如图2.3 -4所示。根据2.3节的分析实测电流中包含了阴极电流、本底电流、暗电流及反向阳极电流。如果采用零点法,所测的截止电压Uα要大于真实的截止电压,从而带来误差。在较为理想的状态下,暗电流和本底电流的影响很小,可以忽略。