赫兹于1887年在莱顿瓶放电实验中发现电磁波，并确定其传播速度等于光速。这一成果使麦克斯韦的电磁波理论得到了全面验证。赫兹同时注意到，当紫外光照在火花隙的负极上时放电就比较容易。这是光电效应的早期观察。之后霍尔瓦希斯进一步的研究表明：清洁而绝缘的锌板在紫外光的照射下获得正电荷，而带负电的板在光照下失掉负电荷。1900年林纳的实验证明金属在紫外光的照射下发射电子；后来他又发现了光电效应的实验规律不能用波动说解释。1905年爱因斯坦提出光量子假说，成功解释了光电效应，并于1921年获诺贝尔奖。他提出光并不是由麦克斯韦电磁场理论提出的传统意义上的波，而是由能量为h 的光量子构成的粒子流应方程
【1】
；光电效应的物理基础就是光子与金属表面
的自由电子发生完全弹性碰撞，电子要么全部吸收，要么根本不吸收光子的能量；由他提出了光电效
hv=Ek+A=1/2mv0^2+A (1)
式中Ek为光电子的初动能，m为电子的质量，v0为光电子逸出金属表面的初速度， 为光子的频率，A为光照射的金属材料的逸出功，是一个和材料相关的定值。所以当阳极电位低于截止电压U0时，光电流为零。此时有关系：
eU0=1/2mv0^2 (2)
当光子的能量hv0时，电子不能脱离金属。因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频率（截止频率）为v0=A/h。<=\
将式（2）代入式（1）可得
eU0=hv-A=h(v-v0) (3)
U0=h/e(v-v0) (4)
此式表明截止电压U0是光子频率v的线性函数，斜率K=h/e，因此只要实验测得不同频率对应的截止电压，求出斜率就可以算出普朗克常量h的值。图1为实验原理图。
图1 光电效应实验原理图
（来源：《光电效应测普朗克常数的三种方法》）
2.课题的目的和意义
光电效应是一个在物理学史上有里程碑式意义的重要实验，而绝大多数高校都开设了此实验作为教学项目，因其有助于学生感性地认识量子论的相关概念。目前在光电效应实验教学中，常以汞灯作为光源，通过测量透过不同波长的滤色片的光所对应的截止电压来计算得出普朗克常量。涉及到数据处理的方法常用的有三种
【2】
，现分别作简要介绍：
①．拐点法
理论上，测出各频率的光照射阳极电流为零时对应的U，其绝对值即该频率的截止电压。然而实际上由于光电管的阳极反向电流、暗电流、本底电流及极间接触电位差的影响，阳极处于截止电压时实测的电流并不为零；实测电流为零时对应的U’也并非截止电压。实际的截止电压点应为反向光电流刚刚开始变小时对应的那一点，即下图中U0点。
图2 光电管完整伏安特性曲线
（来源：《光电效应测普朗克常数的三种方法》）
下图给出了测量光电管的完整的伏安特性曲线，图中U0点为曲线向上抬头的起始点，形象地称之为“拐点”。由于拐点处在一条连续变化的曲线上，对其位置的判断就有人为的因素，使得测量结果并不准确。
补偿法是通过补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响，以测量出较准确的截止电压U0。调节阳极电压U使其电流为零，保持U不变，遮挡汞灯光源，此时测得的电流为电压接近截止电压时的暗电流和本底电流。记录数据I1，重新让汞灯照射光电管，调节阳极电压U使电流值降至I1，将此时得出的阳极电压U的绝对值作为截止电压U0。此方法假定阳极电位有较小的变化时，暗电流和本底电流不发生明显的改变，这对结果的精度就带来了一定的限制。
③．零电流法
零电流法是直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压U的绝对值作为截止电压U0。此法可行的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，测得的截止电压与真实值相差很小，且透过各滤色片的谱线对应的截止电压处伏安特性曲线的变化趋势相同。所以，此方法必然会引入测量误差，对仪器精度的要求会比较高。
由此可见，上述三种方法各有局限性，都会引入额外的测量误差，只有在仪器精确度和稳定性都比较高时，测量误差才会小；而测量结果的可重复性也很难保证。另外，由于光电子的能量本身就有一定展宽，上述方法显然没有考虑到这方面的因素，且如果所用的滤色片的单色性不佳或线宽较宽，也会引入额外的测量误差。
因此，如果能有一种更简便可行而更加精确的光电效应实验测量方法，将会使这个在历史上起到过重大作用的实验更加具有可操作性。也有可能在此技术上，通过进一步的实验设计，探究如光电子的能量分布等发散性的内容，教学效果显然会更加理想。这样就能实现不需要复杂仪器而同样得出理想的结果，也可以体现物理实验设计的巧妙性和创造性所在。
3.课题的研究状况
对于光电效应实验数据处理的改进方法主要有交点法
【3】
。所谓交点法，即是将实验测得的每一条光电
流电压曲线分别扣除相应的本底电流后绘制在同一图中，在接近零电流处作与电压轴平行的直线，将这条直线与各光电流电压曲线的交点作为截止电压的方法。它包含以下几个要点：
①. 关于与电压轴平行的直线的取法
由于不同波长所对应的光电流电压曲线随反向电压增大，光电流是以渐进的方式光滑地趋向于零的，因此可以多取几条对应不同光电流值的直线，得出几组不同的截止电压，再结合入射光频率来进行拟合得出几组不同的普朗克常量，最后通过求平值来确定普朗克常量的大小。
②．多次取交点法读截止电压的讨论
采用这种方法在一次实验中就可以获得多条入射光频率和“截止电压”之间的直线关系，从而可获得多个实验结果，做平均以利于消除误差。而本方法中误差的重要来源是由扣除本底电流带来的。若用阳极电流较大，且不是很快饱和的光电管做实验时，扣除本底电流后，剩下的数据中本底电流的变化信
息也叠加进阴极的光电流中，从而会带来误差。因此，高精度的实验要选择本底电流变化较小，且在结构设计上尽量使阳极光电流能较快饱和的光电管。
传统的拐点法中所涉及的拐点实际上是由于实验中微电流计的分辨率限制所造成的，分辨率越差拐点越明显。使用交点法实际上相当于在微电流计可测量的最小电流处作水平线，而把该线与曲线的交点作为截止电压，因此此法减少了由于仪器分辨率不足所带来的误差。同时每一次实验都可以测得多个值来求平均，也会更加精确可信一些。
由上述说明可见，“交点法”对于该实验的改进要求较为复杂的数据处理，这在学生实验中就在一定程度上降低了可操作性；也有数据处理方法不够严谨的感觉，容易影响实验教学的效果。
4.课题的思路和内容
目前在光电效应实验中所普遍使用的求得普朗克常量的方法，集中在对于截止电压的讨论上，然而如前述课题目的意义中所提到的，电流接近于零时对应的电压受到多方面因素影响因而较难以测量准确，那么是否可以找到一种避开这一受仪器限制较大的测量方法呢？我们在对于光电子能谱学的了解中得到了启发，想把这二者的实验方法结合起来，尝试向光电效应的实验者们提供另一种数据处理的思路。
这里先简要介绍一下有关光电子能谱的理论原理
【4】
。光电子能谱是源于光电效应的一种应用技术。当
可见光照射到物质上时，可使价电子逸出；如光源是紫外光或X射线，则可以使分子或原子内层具有各种结合能的电子逸出。通过测定这些光电子的能谱，在已知光源波长的情况下，就可以得到分子或原子中能级的细节；若已知光阴极的逸出功，则可得到光源的波长。