06普朗克常数测定.doc

GSZF-5A型 普朗克常量实验装置 说明书 普朗克常量是在辐射定律研究过程中，由普朗克（1858-1947）于1900年引入的与黑体的发射和吸收相关的普适常量。普朗克公式与实验符合得很好。发表后不久，普朗克在解释中提出了与经典理论相悖的假设，认为能量不能连续变化，只能取一些分立值，这些值是最小能量的整数倍。1905年，爱因斯坦（1879-1955）把这一观点推广到光辐射，提出光量子概念，用爱因斯坦方程成功地解释了光电效应。普朗克的理论解释和公式推导是量子论诞生的标志。 一、用途： 本仪器可用于高等学校普通物理实验，通过普朗克常量测定的实验过程，帮助学生了解光的量子性，学习与光电效应相关的实验技术和方法。 二、仪器的构成 各器件安装在一个700×150×60mm的工作台上（在箱体内部有DC12V稳压电源和AC220V/8V变压器）。 光源：12V,75W卤钨灯； 风扇：DC12V 0.17A，供光源散热用。 聚光器：由f’=50mm和f’=70mm两个透镜组成。 单色仪：1型，光栅式。 光电管：GD31A型 直流稳压电源：±1.8V，用数字电压表。 测量放大器：为电流放大，4档倍率转换，磁电式100μA电流计。 图1普朗克常量实验装置 三、工作原理 图2表示实验装置的光电原理。卤钨灯S发出的光束经透镜L会聚到单色仪M的入射狭缝上，从单色仪出射狭缝发出的单色光投射到光电管PT的阴级金属板K，释放光电子（发生光电效应），A是集电级（阳极）。由光电子形成的光电流经放大器AM放大后可以被微安表测量。如果在AK之间施加反向电压（集电极为负电位），光电子就会受到电场的阻挡作用，当反向电压足够大时，达到V0，光电流降到零，V0就称做遏止电位。V0与电子电荷的乘积表示发射的最快的电子的动能Kmax，即 （1） S：卤钨灯；L：透镜；M：单色仪；G：光栅；PT：光电管；AM：放大器 图2普朗克常量实验装置光电原理 按爱因斯坦的解释，频率为的光束中的能量是一份一份地传递的，每个光子的能量 （2） 其中的h就是普朗克常量，他把光子概念应用于光电效应，又得出爱因斯坦方程 （3） 并作出解释：光子带着能量hv进入表面，这能量的一部分（E0）用于迫使电子挣脱金属表面的束缚，其余（hv－E0）给予电子，成为逸出金属表面后所具有的动能。 将式（1）代入式（3），并加以整理，即有 （4） 这表明V0与之间存在线性关系，实验曲线的斜率应当是。是常量。因此，只要用几种频率的单色光分别照射光电阴极，作出几条相应的伏安特性曲线，然后据以确定各频率的截止电位，再作V0-关系曲线，用其斜率乘以电子基本电荷e，即可求得普朗克常量。 应当指出，本实验获得的光电流曲线，并非单纯的阴极光电流曲线，其中不可避免地会受到暗电流和阳极发射光电子等非理想因素的影响，产生合成效果。图3表示，实测曲线光电流为零处（A点）阴极光电流并未被遏止，此外电位也就不是遏止电位，当加大负压，伏安特性曲线接近饱合区段的B点时，阴极光电流才为零，该点对应的电位正是外加遏止电位。实验的关键是准确地找出各选定频率入射光的遏止电位。 图3光电管的伏安特性曲线 四、实验方法与步骤 接通卤钨灯电源，松开聚光器紧定螺丝，伸缩聚光镜筒，并适当转动横向调节纽，使光束会聚到单色仪的入射狭缝上。 单色仪的调节 单色仪的参数 波长范围 200-800nm 狭缝 固定宽度0.3mm 波长精度 ±1nm 波长重复性 ±0.5nm 将光电管前的挡光板置于挡光位置。转动波长读数鼓轮（螺旋测微器），观察通过出射缝到达挡光板的从红到紫的各种单色光斑，直到波长度数鼓轮转到零位置，挡光板上出现白光。可能发生的零位偏差，实验读数中应予以修正。 图4 WGD-100小型光栅单色仪 单色仪输出的波长示值是利用螺旋测微器读取的。如图5所示，读数装置的小管上有一条横线，横线上下刻度的间隔对应着50 nm的波长。鼓轮左端的圆锥台周围均匀地划分成50个小格，每小格对应1 nm。当鼓轮的边缘与小管上的“0”刻线重合时，单色仪输出的是零级光谱。而当鼓轮边缘与小管上的“5”刻线重合时，波长示值为500 nm。 切断“放大测量器”的电源，接好光电管与放大测量器之间的电缆，再通电预热20-30min后，调节该测量放大器的零点位置。 测量光电管的伏安特性 取下暗盒盖，让光电管对准单色仪出射狭缝（缝宽仍取较窄一档）