華師二級物理實(shí)驗(yàn)零電流法

調(diào)己SB截止電壓此日)宵柵^(1OE+MH二參?Kn3.76xl?15hn6b3X1934鹽渾疝m:8.99%截止電壓山(V)婀溟S烯函4rtjl翦MVCOE+L4HN)參?Kn3.77xl?15hn6b3xl?34鹽渾疝m“60.96%截止電壓％(V)啊爵?茹理5KU3.77X125津闊七(一口早14松hn6o5xlo,34鹽渾疝爬“00.75%補(bǔ)償法實(shí)哈曲線圖_z1w實(shí)哈曲線圖_z1w田tf-M加斜率K=3.80X10-15h=6.08X10-34相對誤差：-8.17%由于儀器不精準(zhǔn)，并未達(dá)到補(bǔ)償效果。光電管的伏安特性曲線什么叫光電效應(yīng)；什么叫電光效應(yīng)?光電效應(yīng)是物理學(xué)中一個(gè)重要而神奇的現(xiàn)象。在高于某特定頻率的電磁波照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會(huì)被光子激發(fā)出來而形成電流，即光生電。光照射到金屬上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。這類光變致電的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為光電子發(fā)射、光電導(dǎo)效應(yīng)和阻擋層光電效應(yīng)，又稱光生伏特效應(yīng)。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應(yīng)。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內(nèi)部，稱為內(nèi)光電效應(yīng)。單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。當(dāng)單位體積內(nèi)同時(shí)相互作用的能量子的數(shù)目大到使得發(fā)射光的能量子可以從幾個(gè)入射能量子中取得能量，就是多光子光電效應(yīng)。電光效應(yīng)是指某些各向同性的透明物質(zhì)在電場作用下顯示出光學(xué)各向異性，物質(zhì)的折射率因外加電場而發(fā)生變化的現(xiàn)象。電光效應(yīng)是在外加電場作用下，物體的光學(xué)性質(zhì)所發(fā)生的各種變化的統(tǒng)稱。普朗克常數(shù)的重要性。普朗克常數(shù)的提出，尤其是以h為表征的量子概念，開創(chuàng)了現(xiàn)代物理學(xué)的新紀(jì)元，促進(jìn)了量子論的建立與發(fā)展，量子論的生存斗爭和早期發(fā)展，是緊密圍繞著h的物理解釋進(jìn)行的。普朗克常數(shù)的引進(jìn)開創(chuàng)了量子論，愛因斯坦發(fā)展了普朗克的能量量子化概念，利用普朗克常數(shù)提出光量子概念，成功地解釋了光電效應(yīng)。1907年愛因斯坦進(jìn)一步把普朗克常數(shù)及能量量子化作用于固體比熱，得到熱容量，解釋了固體比熱。普朗克常數(shù)h的存在為原子提供穩(wěn)定性是促進(jìn)量子論形成的又一因素.盧瑟福依據(jù)a粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子有核模型。在此基礎(chǔ)上玻爾引入普朗克恒量在其中，建立了玻爾模型。在微觀領(lǐng)域，玻爾將普朗克常數(shù)引進(jìn)原子物理學(xué)后的成功，促進(jìn)了核物理學(xué)和粒子物理學(xué)的迅速發(fā)展.質(zhì)子、中子的發(fā)現(xiàn)是物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說的進(jìn)步，同時(shí)又給進(jìn)一步揭開微觀領(lǐng)域的奧秘提供了新的武器；重核裂變的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了人類歷史的新時(shí)代一原子時(shí)代。普朗克常數(shù)不論是在微觀理論中所處的核心作用(h存在于量子系統(tǒng)的一切數(shù)學(xué)描述中，是區(qū)分物理現(xiàn)象是宏觀還是微觀的判據(jù)，如果在處理問題中h的作用和其它物理量相比較可以略去，那么微觀規(guī)律就過渡到宏觀規(guī)律)；還是對于其它各門學(xué)科所起的引導(dǎo)作用，還是它對于人們思想觀念方面的啟發(fā)作用，它的劃時(shí)代的重大意義是當(dāng)之無愧的。測普朗克常量的其他方法。電子衍射方法黑體輻射法黑體輻射源用的是低壓12V,21W螺旋鎢絲燈泡，用數(shù)字萬用表測出電阻(約200K)的兩端電壓，求得通過光敏電池的電流，萬用表讀出的電壓數(shù)正比B0,T)即(13)式中的B。更重要的是測燈絲的溫度，燈絲電阻R(T)=U/I表示如下:R(T)=R0〔1+a(T-T0)〕(14)式中R0是在溫度為T0時(shí)的電阻,T0是背景溫度,a是溫度系數(shù)，而鎢泡從室溫到2500K之間剛好可以滿足這一線性關(guān)系。只需先測定R0和也用(14)式就得到溫度T，圖7表示T與R的變化關(guān)系可確定a。實(shí)際的燈絲都不是黑體是灰體，實(shí)際情況可假定輻射功率正比于T4,則輻射強(qiáng)度就是常數(shù)(斯忒藩定律)。通過P=I?U與(T4-T04)的變化曲線，可驗(yàn)證對燈絲的這一假定。從圖8的斜率和斯忒藩常數(shù)所計(jì)算的面積約為可見投影法確定幾何面積的50%。圖7燈絲溫度隨電阻變化。電工率隨斜變化曲線在測量中,我們用不同的濾光片和燈絲來確定電阻隨溫度變化的定標(biāo)量。origin輔助法光照射到電極K上，由光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子受到電極k,A間加速電場加速后到達(dá)A成為光電流，改變外加電壓UAK，測量出光電流I的大小，即可得出光電管的伏安特性曲線。根據(jù)光電效應(yīng)測量普朗克常數(shù)中的實(shí)驗(yàn)原理，光電效應(yīng)方程：hv=mv02+W0式中，v為電磁波的頻率，W為金屬的逸出功。當(dāng)電流為零時(shí)，電壓為遏止電壓，則有:eU0=mv02。hv0<W時(shí)，方程無解，極限頻率代入得：eU0=hv—W0則U0=—W，U0是v的線性函數(shù)，斜率K，只要用實(shí)驗(yàn)得出不同頻率對應(yīng)的遏止電壓，求出斜率，就可算出普朗克常數(shù)h。用origin輔助測量普朗克常,用零電流法測得各頻率的截止電壓，在origin7.5中輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并選擇non-linearcurvefit可得h。通電動(dòng)圈測量方法、基布爾（B.R.Kibble^合作者在80年代用動(dòng)圈裝置定義電功率瓦特的SI單位，用交流約瑟夫森效應(yīng)和量子霍耳效應(yīng)測電動(dòng)勢和電阻，不經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換因子KV和電阻轉(zhuǎn)換因子KQ。，直接求出了h實(shí)驗(yàn)過程：在精密天平的一端懸掛一個(gè)通電的矩形線圈，使動(dòng)圈中部處在磁通密度為B的均勻水平磁場中,通入電流I后，因?yàn)閯?dòng)圈受安培力的作用，所以需在天平上加質(zhì)量為m的砝碼。設(shè)動(dòng)圈受力部分的長度為L,則有：IBL=mg令動(dòng)圈以速度v勻速垂直下降，則感應(yīng)電動(dòng)勢為：E=LBv消去B和L，得IE=mgv注意，右端m、g、v均為SI制，左端I、E是分別以INPL和ENPL表之，因此功率為：W=KWWNPL=KWINPL?ENPL=mgv其中KW表示功率的轉(zhuǎn)換因子，它等于KW=mgv/INPL-ENPL約瑟夫森效應(yīng)和量子霍耳效應(yīng)測的分別是電壓和電阻，涉及電壓轉(zhuǎn)換因子Kv和電阻轉(zhuǎn)換因子KQ,而VNPL=KV?V,RNPL=KQR,KW=Kv2/KQ可以由約瑟夫森常量和馮?克利青常量直接計(jì)算普朗克常數(shù)。分光計(jì)法分光計(jì)測普朗克常數(shù)的實(shí)驗(yàn)原理圖在玻爾理論的基本假設(shè)中，其中頻率條件引入了普朗克常數(shù)。對于氫原子，可知其能量為：En=-ev氫原子在躍遷過程中：設(shè)其初態(tài)能量為：En=-ev終態(tài)能量為：Em=-ev。實(shí)驗(yàn)只要測出巴爾末系的不同譜線的波長，即Ha、H0、Hy其中n（3、4、5）代入上式,就可計(jì)算普朗克常數(shù)h的值。4.歷史1900年，普朗克為了克服經(jīng)典物理學(xué)對黑體輻射現(xiàn)象解釋上的困難，創(chuàng)立了物質(zhì)輻射（或吸收）的能量只能是某一最小能量單位（能量量子）的整數(shù)倍的假說，即量子假說。他引進(jìn)了一個(gè)物理普適常數(shù)，即普朗克常數(shù)，以符號h表示，其數(shù)值為6.626176x10-27爾格?秒，是微觀現(xiàn)象量子特性的表征。他從理論上導(dǎo)出了黑體輻射的能量按波長（或頻率分布的公式，稱為普朗克公式。量子假說的提出對現(xiàn)代物理學(xué)，特別是量子論的發(fā)展起了重大的作用。普朗克演講的內(nèi)容是關(guān)于物體熱輻射的規(guī)律，即關(guān)于一定溫度的物體發(fā)出的熱輻射在不同頻率上的能量分布規(guī)律。普朗克對于這一問題的研究已有6個(gè)年頭了，今天他將公布自己關(guān)于熱輻射規(guī)律的最新研究結(jié)果。普朗克首先報(bào)告了他在兩個(gè)月前發(fā)現(xiàn)的輻射定律，這一定律與最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確符合（后來人們稱此定律為普朗克定律）。然后，普朗克指出，為了推導(dǎo)出這一定律，必須假設(shè)在光波的發(fā)射和吸收過程中，物體的能量變化是不連續(xù)的，或者說，物體通過分立的跳躍非連續(xù)地改變它們的能量，能量值只能取某個(gè)最小能量元的整數(shù)倍。為此，普朗克還引入了一個(gè)新的自然常數(shù)h=6.63x10-27erg.s。這一假設(shè)后來被稱為能量量子化假設(shè)，其中最小能量元被稱為能量量子，而常數(shù)h被稱為普朗克常數(shù)。普朗克常數(shù)的引進(jìn)開創(chuàng)了量子論，但在當(dāng)時(shí)并沒有得到人們的充分認(rèn)識，甚至普朗克本人在提出新思想后也深感不安而想回到舊軌道上去.首先認(rèn)識到量子概念的重要性并為量子論的發(fā)展打開局面的是愛因斯坦。19世紀(jì)80年代，物理學(xué)界發(fā)現(xiàn)金屬在某些頻率的光的照射下會(huì)發(fā)射出電子，就好象這些電子被光從金屬表面打出來一樣，即光電效應(yīng).勒納德總結(jié)出這一現(xiàn)象的兩條經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：（1）只有光的頻率高于某一定值時(shí)，才能從某一金屬表面打出電子來，被打出的電子的能量（或速度）只與光的頻率有關(guān)，電子的能量隨光的頻率的增高而增大.（2）被打出的電子的數(shù)目只與光的強(qiáng)度有關(guān)而與光的頻率無關(guān).用經(jīng)典物理學(xué)的理論是無論如何解釋不了這兩條經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的。愛因斯坦發(fā)展了普朗克的能量量子化概念，利用普朗克常數(shù)提出光量子概念，成功地解釋了光電效應(yīng).他在1905年的＜＜關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)＞＞著名論文中寫道：在我看來，如果假定光的能量不連續(xù)地分布于空間的話，那么我們就可以更好地理解黑體輻射、光致發(fā)光、紫外線產(chǎn)生陰極射線以及其它涉及光的發(fā)射與轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象的各種觀測結(jié)果.根據(jù)這種假設(shè)，從一點(diǎn)發(fā)出的光線傳播時(shí)，在不斷擴(kuò)大的空間范圍內(nèi)能量不是連續(xù)分布的，而是由一個(gè)數(shù)目有限的局限于空間中的能量量子所組成的，它們在運(yùn)動(dòng)中并不瓦解，而是整個(gè)地被吸收或發(fā)射.”據(jù)此，愛因斯坦提出，照射到金屬表面上的光，就是光粒子流，頻率為v的光，就是能量為hv的光量子流.金屬表面的電子只有吸收了能量為hv的光量子流才會(huì)逸出表面，這時(shí)hv等于電子脫出金屬表面所作功（w）與電子獲得的動(dòng)能的和。光量子假說的提出是波的微粒說在更高水平上的某種復(fù)歸，揭示了光既有波動(dòng)性又有微粒性的雙重特性.密立根當(dāng)初不相信光的量子理論，本想用實(shí)驗(yàn)來否定它，最后卻不得不宣告：結(jié)果和我所有的預(yù)期相反.”他全面證實(shí)了愛因斯坦光電方程，并且第一次從光電效應(yīng)中測定出的普朗克常數(shù)，與普朗克1900年從黑體輻射計(jì)算得出的結(jié)果相符合.1922-1923年，康普頓把來自銅靶的X射線投射到石墨上以觀測被散射后的X射線.他發(fā)現(xiàn)被石墨散射的X射線有兩種不同頻率的成份.康普頓用愛因斯坦的光量子理論完滿地解釋了他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而又一次證實(shí)了光量子理論的正確性.這些令人信服的事實(shí)轉(zhuǎn)變了一些物理學(xué)家對量子論的懷疑態(tài)度，并發(fā)展了量子論。在量子論的初期，固體比熱是繼黑體輻射和光電效應(yīng)之后的又一重大課題.根據(jù)麥克斯韋一玻爾茲曼能量均分原理討論固體的熱容量所得的結(jié)果，在高溫和室溫范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)值符合，但在低溫范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)不符，這個(gè)問題是經(jīng)典物理不能解釋的.1907年愛因斯坦進(jìn)一步把普朗克常數(shù)及能量量子化作用于固體比熱，克服了經(jīng)典理論的又一大難題，并及時(shí)得到能斯特的驗(yàn)證和大力宣傳，使量子論開始被人們所認(rèn)識。普朗克常數(shù)h的存在為原子提供穩(wěn)定性是促進(jìn)量子論形成的又一因素.盧瑟福依據(jù)a粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子有核模型，但從經(jīng)典物理學(xué)去解釋這個(gè)模型卻導(dǎo)致了新的困難.首先，根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞核運(yùn)動(dòng)它要向外發(fā)射電磁波，能量將逐漸減少，因而電子繞核旋轉(zhuǎn)的頻率也將逐漸改變，這樣它將向外發(fā)射連續(xù)光譜，這與原子的線光譜相矛盾.其次，由于原子能量的逐漸減少，電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑將逐漸減小而很快落到核上.計(jì)算表明，原子的壽命”僅約1210秒的時(shí)間，這與原子是一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)的事實(shí)是根本矛盾的。盧瑟福的研究生玻爾認(rèn)為要解決原子的穩(wěn)定性問題，只有量子假說是擺脫困難的唯一出路.”在他1913年寫的著名論文《原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)》中指出：不管電子運(yùn)動(dòng)定律作何變動(dòng)，看來有必要引入一種與經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)不同的量到這些定律中來，這個(gè)量就是普朗克恒量，或一般所說的基本作用量子.引入這一物理量后，原子內(nèi)電子的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)問題就發(fā)生了根本性的改變.他提出了關(guān)于原子中電子狀態(tài)的兩條假說：1.原子中電子子只能在特定軌道上繞原子核運(yùn)動(dòng)，不同軌道的能量水平不同，電子在同一軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)既不發(fā)射能量也不吸收能量；