一种演示光电效应实验的方法

一种演示光电效应实验的方法

现行教材基本上都是采用“带负电法”（即先给锌板带上负电荷，然后再用紫外线去照射的方法）来演示光电效应实验，一般情况下实验效果不错。但是，如何使未带电的锌板在紫外线的照射下也能发射出光电子，产生光电效应，并能由一般的验电器显示出来呢？为了解决这个问题，江西宜春地区粮食职工中专易康平老师介绍可采用“外加电场”，即在锌板与紫外光源之间引入一个带正电荷的金属网，如图1所示。这个带正电荷的金属网能产生一个电场。它能起到两个重要作用：其一，对于锌板来说能抵消一部分原子核对核外电子的束缚作用；其二，能及时清除锌板附近的光电子云。

实验原理：由于外加正电场的作用，使锌原子核对核外电子的束缚作用减弱，所以当纸屏取走后，紫外线穿过金属网照射在锌板上时就能比较容易地发射出光电子，产生光电效应。同时，可以看到锌板下验电器的箔片张角由零开始逐渐增大，金属网下箔片的张角逐渐减小。但是，随着锌板上光电子的不断发射，锌板上积累的正电荷越来越多，由正电荷产生的正电场也越来越强，到一定程度锌板上就不能再发射出光电子了，验电器箔片张角也就稳定下来了。

实验步骤及现象：①把锌板与金属网均插在两个完全相同的验电器上，如图1所示；②给金属网带上正电荷，让网上验电器箔片张开一个较大的角度；③将纸屏取走，让紫外线穿过金属网照射在锌板上；④这时可看到锌板下的验电器的箔片张开一角度，经检验知锌板已带上了正电荷，而金属网下验电器的箔片张角减少了一些，这说明从锌板上发射出的光电子被带正电的金属网所吸收并中和了一部分。最后，两验电器的箔片张角近似相等，它们之间达到了截止电位，锌板就不再发射出光电子了，这时即使我们取走金属网，锌板下验电器的箔片张角也不会发生变化。

图1

锌板在紫外线照射下产生光电效应的实验还可以由下面两个小实验来演示。

（1）如图2所示，锌板接地，金属网带上正电荷，取走纸屏，用紫外线照射在锌板上，可见到带正电的金属网下的验电器的箔片张角逐渐减小，最后为零。这表明锌板接地时在紫外线照射下能不断发射出光电子，而带正电的金属网则吸收光电子直到与它全部中和为止。

图2

（2）如图3所示，锌板与金属网都插在验电器上，给锌板带上少量的负电荷，金属网带上较多的正电荷，且锌板下验电器的箔片张角小于金属网下验电器的箔片张角。取走纸屏，在紫外线照射下，锌板发射出的光电子奔向带正电的金属网，锌板下验电器的箔片张角先闭合，然后再张开，经检验知它已带上了正电荷；金属网下验电器的箔片张角减少了一些，最后两验电器的箔片张角近似相等。另外，如果想使锌板下验电器的箔片张角大一些，只须给金属网带更多的正电荷就行了。

图3

注意事项：①做实验前要将朝着光源一面打磨干净并立即使用，以免在其表面上形成氧化层而影响实验效果。②实验操作应准确迅速并注意保护好实验人员的眼睛。