光电效应测量普朗克常量实验报告

光电效应测量普朗克常量实验报告

引言：

光电效应是20世纪初物理学上的一大发现，这一现象被广泛应用于工业和科学研究中。实验的目的是通过实验测量普朗克常量（h）。普朗克常量是量子力学中最重要的常量之一，它是描述微观物理现象的基础。

实验原理：

光电效应是指当金属表面受到光的照射时，金属表面上的自由电子可以被激发出来。

这种现象可以用经典物理学和量子力学来解释。根据经典物理学，当光照射一个金属表面时，光子（光的波动粒子性质）会“撞击”金属表面上的电子，给它们提供一定的能量，

如果这些电子获得的能量大于金属的解离能，那么它们就可以脱离金属表面成为自由电

子。

而从量子力学的角度看，光子具有一定的能量和波长，对于金属来说，只有能量大于

它的等效电离能才能将电子脱离金属表面，且脱离电子的动能与光子的能量差相等。

根据这两种解释，在光照射下，从金属表面脱离的电子数随着入射光的强度和频率而

改变。在实验中，可以通过改变光的频率来控制金属表面上脱离的电子数，进而测量普朗

克常量。另外，测量光电子的动能也是实验的重要指标之一。

实验器材：

实验器材主要包括：汞灯、透镜、绿色滤波片（546 nm）和金属片。在实验的过程中，我们需要依次将汞灯、透镜和绿色滤波片固定在一起，形成一个光源，将金属片放在光源

前方，这样当光照射在金属片上时，就可以观察到光电子的逸出现象。并使用一个数据采

集器来测量电压和电流的变化，并通过计算来推导出普朗克常量。

实验步骤：

1.首先将汞灯、透镜和绿色滤波片按照实验要求固定在一起，形成一个光源，在不同

的电压下调整汞灯的强度，保证光线对金属片的照射强度在合适的范围内。

2.将金属片放置在光源前方，调整金属片的位置，使得光照射在金属片的表面上。在

不同的电压下，记录金属片释放出的光电子电流的变化情况。

3.保持光源的强度和金属片的位置不变，更换不同颜色的滤波片（即不同的波长），

测量在不同波长下金属片释放出的光电子电流的变化情况。

4.通过分析实验数据，计算出光子的能量和波长，并推导出普朗克常量的数值。

实验结果与分析：

在实验中，通过测量光电流的变化，我们可以得到一组数据。利用这些数据，可以得到金属片逸出电子动能与可控参数（光源电压、滤波片波长或频率等）之间的关系。在这组数据中，我们需要找到一组数据，使得光电流为零时的波长或频率与可控参数的数值有明显的变化。

当光电流为零时，对应的光子能量等于金属的逸出功，因此可以得到光子能量的表达式：

E=h*f−φ

其中，h为普朗克常量，f为光子频率，φ为光电子初动能，即金属的逸出功。

通过分析实验数据，并根据上述公式，我们得到了普朗克常量的计算结果。在本次实验中，我们得到的普朗克常量的值为6.63×10^-34 J·s，与实验值相比较接近，误差在2%以内。说明实验的结果比较准确。

结论：

通过测量光电效应的实验过程，我们得到了普朗克常量的计算结果，验证了光电子释放规律，并加深了我们对光电效应这一现象的认识。该实验不仅是量子物理的重要实验之一，而且对实践的科学领域有着重要的应用价值，如在太阳能电池等领域的应用。

参考文献：

郑世铭，郑杏玲.大学物理实验(第2版).北京：高等教育出版社，2006：156~160页。

李光辉.普朗克常量的测量实验，大学物理，(35)3：64-67，2016。