光电效应实验中的伏安特性曲线

陈小凡

(哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨 150001)

在光电效应实验中，可以得到伏安特性实验曲线。而理论曲线可以用量子力学或统计物理得到［1-9］。本文用经典的流方法给出了伏安特性理论曲线。此外，我们还给出了电流响应时间及一种同时确定普朗克常数及电子电荷的方法。

2 用分布函数给出的电流一般表达式

用分布函数给出的电流一般表达式为:

这里

2 光电效应中伏安特性理论曲线

在光电效应中，用能量守恒定律和方程(2)可以得到伏安特性理论曲线为:

式中:e为电子电荷，n为入射到阳极表面的电子密度，S为阳极表面面积，h为普朗克常数，ν为入射光频率，φ为阴极材料的功函数，V为加在电极间的电压。

图1 对理论和实验，固定入射光频率和功函数时作为电压函数的电流

图1 给出了理论和实验的伏安特性曲线。它表明当电压V小于12 V时理论和实验符合得很好。

图2 固定电压和功函数时作为入射光频率函数的电流

图2 给出了固定电压和功函数时电流与入射光频率的关系。它表明，随着频率的增加，电流增大。

图3 固定电压和入射光频率时作为功函数函数的电流

图3 给出了固定电压和入射光频率时电流与功函数的关系。它表明，随着功函数的增加，光电流减小。

伏安特性曲线的斜率为:

当V足够大时，斜率趋于零，表明光电流趋于饱和，这种现象已在实验中观察到。

光电流的响应时间为:

对多光子光电效应，伏安特性理论曲线为:

3 一种同时确定h和e的方法

综上所述，我们给出了光电效应中伏安特性及响应时间的理论关系，同时也给出了同时确定普朗克常数及电子电荷的一种方法。

［1］ Smith R L．Two-photon photoelectric effect［J］．Phys．Rev．1962，128(5):2225-2229．

［2］ Feibelman P J．Self-consistent calculation of the surface photoelectric effect［J］．Phys．Rev．Lett．1975，34(17):1092-1095．

［3］ Fowler R H．The analysis of photoelectric sensitivity curves for clean metals at various temperatures［J］．Phys．Rev．1931，38(1):45-55．

［4］ Fowler R H．Statistical mechanics［M］．2ndEdition，Cambridge University Press，1980．

［5］ Pratt R H，Ron A，Tseng H K．Atomic photoelectric effect above 10KeV［J］．Rev．Mod．Phys．1973，45(2):273-325．

［6］ Fano U，Cooper J W．Spectral distribution of atomic oscillator strengths［J］．Rev．Mod．Phys．1968，40(3):441-507．

［7］ Kholodnov V A．On the theory of the photoelectric effect in surface-graded-gap semiconductors［J］．Semiconductors，2013 47(1):66-72．

［8］ 林智国，等．用发光二极管的电致发光过程测普朗克常量［J］．大学物理实验，2013，1(20):62-64．

［9］ 代海洋，等．光电效应测定普朗克实验的计算机仿真的教学探讨［J］．大学物理实验，2013，5(24):75-77．