普朗克常数的测定_2.doc

PAGE PAGE 4 关于对普朗克常数的测定的研究 [摘要]：普朗克常数是自然界中一个很重要的普适常数，它可以用光电效应法简单而又较准确地求出。本文利用光电效应基本原理，再结合电子的逸出功与动能定理的有关知识得到获得普朗克常数的一些量。 [关键词]：普朗克常数 光电效应 测定 实验原理 普朗克常数记为 h ，是一个物理常数，用以描述量子大小。在量子力学中占有重要的角色，马克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现，只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，计算的结果才能和试验结果是相符。这样的一份能量叫做能量子，每一份能量子等于hv，v为辐射电磁波的频率，h为一常量，叫为普朗克常数。 光电效应的实验原理如图1所示。入射光照射到光电管阴极k上，产生的光电子在电场的作用下向阳极迁移构成光电流，增加外加反向电压，调节一定的大小，当=0时，电子恰好到达极板，即动能恰好转变为零。 图1实验 图1实验 原理图 按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为的光子具有能量，为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯担提出了著名的光电效应方程： (1) 式中，为金属的逸出功，为光电子获得的初始功能。 由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有关系： (2) 阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加时不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。 光子的能量时，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）是。 将（2）式代入（1）式可得： (3) 此式表明截止电压是频率的线性函数，直线斜率，只要用实验方法得出不同的频率对应在的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数。 实验仪器：YGP-2型普朗克常量实验装置（包括汞灯及电源，滤色片，光阑，光电管、智能测试仪构成）。 实验操作 1、实验前的准备： （1）认真阅读使用说明书，实验讲义，熟悉仪器面板上的各旋钮。安放好仪器，用随机附带的屏蔽线将测试仪的“电流输出”和电输出端分别连接至电光管暗盒上的“电流输出”和“电压输出”端。 （2）将暗盒拉至距光源40cm处，先用避光罩盖住光电管暗盒的窗口。再按通电源，让微电流测试仪器，预热20分钟，汞灯预热5分钟。（3）待仪器充分预热后，将微电流“倍率”开关置于“调零”档，慢慢调节调零电位器，使微电流指示表头显示为零。再将微电流“倍率”开关置于“满度”档，慢慢调节满度电位器，使微电流指示表头显示为100.0. 2、测试光电管的I-U特性 （1）让光电源射出孔对准暗盒窗口；测量放大器“倍率”开关置十的负十一次方处。取去避光罩，换上滤色片。“电压调节从-3V调起，缓慢增加先观察一遍不同滤色片下的电流变化情况，记下电流明显变化的电压值以便精确。 （2）在粗侧的基础上进行精准测量并记录。从短波起小心的逐渐切入滤色片，仔细读出在不同频率的入射光照射下的光电流。并记录在表一中。 距离 L=40cm 光阑孔￠=5mm 数量级 365nm UAK -3 -2.5 -2 -1.6 -1.3 -1 -0.6 -0.1 0 IAK -0.2 -0.1 -0.1 0 0.1 0.2 0.6 1.3 1.4 405nm UAK -3 -2.5 -2 -1 -0.6 -0.2 0.1 0.4 0.8 IAK -0.1 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 0.9 436nm UAK -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.2 0.2 0.6 1.3 IAK -0.1 -0 -0 +0 0.1 0.2 0.4 0.6 0.9 546nm UAK -3 -2.5 -1.2 -0.6 -0.3 0 0.5 1 1.5