“光电效应”实验的发展脉络

“光电效应”实验的发展脉络*

郝 详**河北省教育科学研究“十二五”规划立项课题“高中物理、生物疑难实验的研究”的阶段成果，项目编号：13040338作者简介：郝详(1975-)，男，中教一级，研究方向为基础理论、实验.

(河北保定外国语学校河北 保定071000)

石亚东

(保定市莲池区文教局河北 保定071000)

摘 要：有关光电效应的实验是近代物理中的重要实验之一，本文联系物理学史，对光电效应实验教学进行了反思，理清了科学史上有关光电效应实验发展的脉络.

关键词：光电效应物理学史

收稿日期：(2015-05-08)

在讲授人教版教材选修3-5第17章第2节“科学的转折”中“光的粒子性”时，教材中的插图多、结论多，学生经常询问实验方面的相关问题，常常令教师张口结舌.通过查阅相关的资料，发现光电效应实验的发展并不是一蹴而就的，而是经过了长期的探索、积累过程.在此，按照历史事件的发展，进行简单的说明.

1887年，赫兹用实验装置(图1)，观察到放电针放电过程中产生的紫外线对另外一个放电针产生的电火花长度有影响.

图1　赫兹研究光电效应实验电路图

图中a，e是感应圈，感应圈由电池组b供电，感应圈a与放电针d相连，感应圈e与放电针f相连，p为隔板,c为水银开关.他的代表论文为《论紫外线对放电的影响》.

1888年哈耳瓦兹用与图2类似的装置(其中用西门子弧光灯为光源而非紫外线灯)进行了实验，发现当紫外线照射带负电的锌板时，锌板的电荷量损失得很快；用紫外线照射不带电的锌板时，锌板会带上正电.他发表了文章《紫外线对带电物体的影响》.这套装置简单、直观，成为证明光电效应的经典装置.

图2　观察光电效应

由于电子发现在后来的1897年，所以赫兹和哈耳瓦兹所做的实验只是揭开了光电效应现象的一个角，对光电效应发展起到关键作用的是德国科学家勒纳德.

自1891年，勒纳德对阴极射线进行了研究，1902年发表了其研究成果，实验使用的主要仪器是阴极射线管，如图3所示.

图3　勒纳德研究光电效应所使用的带有石英窗的阴极射线管

研究光电效应的实验原理图如图4所示.

图4　光电效应电路图

得到的实验结果如图5所示.

图5　光电流与电压的关系

通过分析上述实验，可以得到光电效应的一般实验结论：

(1)存在着饱和电流；

(2)存在着遏制电压和截止频率；

(3)光电效应具有瞬时性.

勒纳德的这项研究工作，是爱因斯坦1905年发表的论文《关于光的产生和转化的一个启发性的观点》中的重要实验基础之一.在文章中，爱因斯坦就是以勒纳德实验观测结果为基础，运用光量子假设，建立了光电效应基本定律.通过随后10多年的研究，物理学家才利用更精确的实验验证了爱因斯坦的理论.

参 考 文 献

1(美)威·弗·马吉. 物理学原著选读. 北京:商务印书馆, 1986. 108

2钱长炎. 在物理学与哲学之间：赫兹的物理学成就及物理思想. 广州:中山大学出版社, 2006. 599