摘要：分析了驗電器演示光電效應實驗不易成功的原因，提出了兩種效果良好的改進方法。
論文關鍵詞：驗電器,演示,光電效應,實驗

　　

　　演示不能成功的原因，除了鋅板表面灰層或氧化層的影響（宜用細砂紙把它打磨光亮）之外，主要是鋅板表面附近的負電荷的影響。當光電子離開鋅板后，在鋅板表面附近的空氣中形成負電荷區域。這些負電荷產生的電場將阻止光電子逸出鋅板。隨著逸出的光電子數目的增加，這種阻礙光電子逸出的作用就愈強，于是在極短的時間內便達到動態平衡，宏觀上就不再有光電子逸出鋅板。這樣，鋅板與負電荷區域維持約有數伏特的電勢差。或者說，鋅板雖帶正電荷但并不足夠多，延長照射時間也不能增加鋅板的凈帶電量。其次是指針式驗電器的靈敏度不夠高。指針張開一定的角度需要一定量的電荷，從實驗測試來看，是需要一定的啟動電壓（電勢差），亦即指針與外殼之間的電壓。經測試證實，中學物理實驗室常用的指針式驗電器，其啟動電壓至少在兩千伏以上，隨驗電器的大小以及材料的不同而不同，并受測量時空氣的溫度、濕度的影響。可以想象出，波長在0.2μm左右的紫外線光子，其能量充其量也只有6eV左右，它不可能使鋅板與驗電器外殼之間產生兩千伏以上的電勢差。所以鋅板雖帶正電荷而驗電器指針不會張開。也有的老師撰文介紹用X射線照射鋅板使驗電器指針張開，根據愛因斯坦的光電效應方程是有道理的，然而只要實際做一做就會容易地發現，驗電器張開指示是感應圈的高壓（一般是負極端離鋅板近些）使驗電器感應起電的假象，只要接通感應圈電源，去掉X射線管與用X射線照射的效果對比一下就可以證實。這是因為空氣分子、空氣中的負離子的影響足以使X射線產生的光電效應仍然不可能產生千伏以上的電勢差來啟動驗電器。所以，啟動驗電器需要清除鋅板周圍的負電荷或者給驗電器加上一定的啟動電壓。

　　針對上述原因，采用以下兩種簡便易行的新方法，經教學演示驗證，獲得了非常好的演示效果。現介紹如下。

　　方法一： 清除鋅板周圍的負電荷

　　在鋅板前面放一個裝在絕緣支架上的銅絲網。演示前先給銅網帶上正電荷，用來吸走鋅板周圍的負電荷，清除或大大減弱負電荷區的影響，如圖1（a）所示。由于銅網所帶正電荷會使驗電器受到靜電感應，需要適當調整驗電器與銅網間的距離使驗電器指針處于即將張開的臨界狀態。這樣，紫外線一照射到鋅板，驗電器就立即張開。此法在空氣干燥時很容易成功，缺點是重復演示時，需給銅網補充正電荷并重新調整它與驗電器間的距離，實驗結束后也需補充講解銅網裝置的作用。

　　方法二：給驗電器加接啟動電壓

　　在驗電器外殼與銅絲網之間接上直流高壓電源，如圖1(b)所示，在2000V~5000V的范圍內調整電壓的大小，使驗電器處于即將開啟狀態。如果沒有可調直流高壓電源，可用氦

　　

　　圖1 清除鋅板表面附近負電荷的兩種新方法

　　氖激光器的電源或別的高壓電源代之，適當加大驗電器與銅網間的距離也可使驗電器處于將開啟狀態。紫外線一照射鋅板，驗電器就張開。此法不受空氣潮濕影響，極易成功。不過由于引入高電壓，要特別注意安全。

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