“用静电计演示光电效应”实验

“用静电计演示光电效应”实验

有时我们用静电计、锌板和紫外光源演示光电效应现象，但此实验应注意空气电离对其结果的影响。四川省什邡洛水中学陈良烈老师作了如下分析：

实验情况：如图，将锌板装在静电计金属杆上，先将锌板带上负电荷、此时静电计指针张开一定角度。待稳定后开启紫外线灯（实验中用了高压泵灯代替紫外光光源）。当紫外光照到锌板上时，静电计指针偏角开始缓慢减小。如用玻璃板挡住紫外线，静电计指针偏角立即停止减小。

其实，上述实验中，偏角减小的原因并不完全是由紫外线照射锌板而从锌板上逸出光电子引起的。有两种情况值得考虑：第一种情况就是由光电效应引起偏角减小的；第二种情况则有可能是由于空气受紫外光照射后，电离出正离子和电子。正离子在锌板电场（锌板带电形成电场）作用下到达锌板发生电中和而使静电计指针偏角减小的，可用方框图1表示。

两种情况都可使静电计指针偏角减小，这在实验中是同时存在的，后一种情况显然不是光电效应，下述实验证实了这一点。先将锌板带上正电荷，静电计指针张开一定角度。用紫外光照射到锌板。实验现象是：当紫外光刚照射到锌板上的很短暂的时间内，如果抓住这一短暂时间仔细观察便可看到静电计指针偏角微微增大，随即偏角开始减小，如紫外光继续照射，指针偏角不断减小。这一现象进一步说明：用紫外光照射带电锌板时，锌板上有电子逸出，同时，也有负电荷到达锌板，可用方框图2说明之。

前者导致静电计指针偏角增大，后者导致偏角减少。短暂时间内出现偏角微微增大的现象说明光电效应占了上风，因为光电子吸收光子能量到逸出锌板经历时间极短，而空气中的电子飞向锌板过程必经频繁碰撞，不能在很短时间内到达锌板。所以，此时锌板上正电荷增多。静电计指针偏角增大。后来出现静电计指针偏角减小说明后一种情况占了上风，即逸出锌板的光电子数较飞到锌板上的电子数少。由此可见，在本实验中，电离、电场作用效果更甚！

因此，在用静电计演示光电效应现象时，最好选用给锌板带负电的方法，以免造成混淆甚至得出相反的结果难以向中学生解释。