普朗克常数测定仪的应用教案

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1、普朗克常数测定仪的应用（综合性实验）一、教学目的：1、仪器的独立操作、实验思路、方法的设计等；2、普朗克常数的测定；3、验证光电效应现象、光电效应基本规律、爱因斯坦光电效应方程、光电效应的研究（选作）；4、学习利用Excle处理实验数据的方法；5、能对测量结果进行分析；6、培养学生实事求是、独立完成实验的学习态度。二、教学要求：1、独立操作完成普朗克常数的测定；2、利用Excle处理实验数据；3、（选作）验证光电效应现象、光电效应基本规律、爱因斯坦光电效应方程、光电效应的研究；4、不确定度的计算及正确表达测量结果；5

2、、定性分析实验中产生的误差和分析测量结果的科学性。三、教学重点和难点：重点：1、普朗克常数测定仪的独立操作；2、利用“拐点”法确定“截止电压”；3、普朗克常数测定的原理；4、掌握Excle处理实验数据的方法；5、不确定度的计算及实验结果。难点：1、准确确定“截止电压”；2、普朗克常数测定的原理；3、掌握Excle处理实验数据的方法。四、教学过程设计：1、实验原理：图3光电效应实验示意图电磁辐射本身是以不连续的单位存在。这样的单位我们称它为“光子”，每个光子不但带有固定的能量，也带有固定的动量。我們可以定义光子的能量为

3、E=ｈn，因此当E=nｈn时，显然为n个光子所具有的能量。许多金属，当受光照射时，就会逸出电子，而可汇集成电流，入射光之強度对逸出之电子数及能量之关系，可以用实验测量出来。图3光电效应实验示意图（1）、电路图：光电效应的实验示意图如图3所示，图中GD是光电管，K是光电管阴极，A为光电管阳极，G为微电流计，V为电压表，E为电源，R为滑线变阻器，调节R可以得到实验所需要的加速电位差VAK。光电管的A、K之间可获得从-V到再到+V连续变化的电压。实验时用的单色光是从低压汞灯光谱中用干涉滤色片过滤得到，其波长分别为365nm

4、、405nm、436nm、546nm、577nm。无光照阴极时，由于阳极和阴极是断路的，所以G中无电流通过。（2）、原理：当光照射光电管中的银-氧-钾金属K时，此金属便逸出光电子被圆环式镍圈Ａ吸收，並且可测量出一电流Ip。在K和A之间，可加上不同的电压值Ｖ，改变Ｖ及入射光之频率与强度，我們便可得到许多不同的I值实验的结果是：①如果保持入射光的强度与频率不变，只改变V；则当V>０时(A的电压比K高)，且达到某一值，Ｉ的电流接近饱和值，称此饱和电流值为Im；当V由正转负值时，则Ｉ的读数渐渐降低，直到V=-V0（遏止电压）

5、时，电流完全截止。8②如果改变入射光之频率与强度,則可看出Im与光的強度成正比；但VS却与光强无关，而与光频率成线性关系，③光电效应存在一个阈频率（截止频率），当入射光的频率低于阈频率时，不论光的强度如何，都没有光电效应产生；④光电效应是“瞬时”的，当入射光的频率大于阀频率，一照射，立刻产生光电子。以上实验事实用古典波动理论无法解释，但可用量子论解释，这便是爱因斯坦著名的光电效应解释：根据量子假设，射到光电管阴极的单色光是一群光子，每个光子的能量为E=ｈn，故光的強度越大时，光子的数目便越多；每个光子，当进入金属表面

6、后，其能量就完全消耗于激发一个电子，使其能量增加，甚至有足夠的能量跑出來。由于原子的静电场，电子欲挣脱束缚所需的能量为WS，WS称为逸出功。当能量为ｈn的光子将一个电子释放出来时，电子动能=1/2mev2=hn-A。如光电子管带正电压，则这些电子正好被阳极吸收，形成电流。当入射光強度越大时，則光子之数目越多，因此被释放之电子数目也越多，亦即电流越大。当光电流的阳极带负电压时，这个负电压正足以减速被释放的电子。因此，截止电压VS导出其中h/e正是图5中求之斜率。如果我們只将光看成一平面波的话，就很难解释为什么V0和频率

7、成正比了。光电效应有一个特性，非用量子假設来说明不可。即若我們以強度非常小的光照光电管的阴极，hn只要大与阴极的逸出功，則一定会有光子逸出。从实验来看阴极受到光照射到逸出电子的时间非常短。如果只将入射光看成一平面波的話，由于一个原子的截面积非常小，因此从很微弱的入射光擷取的能量也非常小，这些微弱的能量必须聚集的夠久才能让电子克服逸出功跑出來，这显然和实验結果是相违背的。2、测量原理：爱因斯坦方程：……（1）式中h-------普朗克常数；v-------入射光的频率；me------电子的质量；v-------光电子

8、溢出金属表面的出速度；WS（A）-----为光照射的金属材料的逸出功。由（1）式得：……（2）其中：8上式表明，截止电压 Us 是入射光频率  的线性函数。当入射光的频率  时，截止电压 Us =0 ，没有光电子逸出，上式的斜率  是一个常数。可见，只要用实验方法作出不同频率下的截止电压 Us 与入射光频率  的关系曲线——直线，并求出此直线的