光電效應(yīng)法則中普朗克常數(shù)的分析

光電效應(yīng)法則中普朗克常數(shù)的分析

0試驗(yàn)中的誤差目前，許多大學(xué)通常使用反向電壓法來(lái)測(cè)試普朗克常數(shù)值。在試驗(yàn)中總難免出現(xiàn)各種問(wèn)題,因此結(jié)果也總是有較大的誤差(誤差范圍在百分之八到百分之十四之間)。本文通過(guò)大量的調(diào)查、研究、分析后對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改革,分析實(shí)驗(yàn)中的影響條件以消除影響因素,從本質(zhì)上提高了實(shí)驗(yàn)的精確度(誤差范圍在百分之五之內(nèi))。1普朗克常數(shù)測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)中使用了YJ-GD-3型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀,對(duì)于儀器的分析結(jié)果如下:(1)微電流放大器:在零漂開(kāi)機(jī)半小時(shí)后,電流測(cè)量共分為六檔,分辨率為十的負(fù)十四安,電流的數(shù)值為10-8~10-13A。(2)光電管工作電源:電壓調(diào)節(jié)范圍:-2~+2V,-2~+30V,分2檔。(3)光電管:光譜響應(yīng)范圍:300-700nm;陽(yáng)極:鎳圈;暗電流:I≤2×10-12A。(4)濾光片組:濾光片組共分為五組,在測(cè)試時(shí)其中心波長(zhǎng)分別為三百六十五納米,四百零五納米,四百三十六納米,五百四十六納米,五百七十七納米。汞燈:汞燈可分為低壓和高壓,試驗(yàn)中可以用的為三百六十五納米,四百零五納米,四百三十六納米,五百四十六納米,五百七十七納米五種。普朗克常數(shù)測(cè)定方法根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程其中因而h=ek,e=1.60×10-19c。通過(guò)測(cè)定△U和△ν的比值來(lái)測(cè)定普朗克常數(shù)h。2調(diào)整光電管與汞燈距離把汞燈及光電管暗箱庶光蓋蓋上,將汞燈暗箱光輸出口對(duì)準(zhǔn)光電管暗箱輸入口,調(diào)整光電管與汞燈距離為約35cm并保持不變。再將光電管暗箱電壓的輸入端和電壓測(cè)試儀的輸出端用專用的線路進(jìn)行連接。2.1接收裝置距離對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的影響對(duì)普朗克常數(shù)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試比較,分別得出未加光闌時(shí)不同距離下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。在實(shí)驗(yàn)中將光源與光電管的接收裝置距離從25cm改變到40cm過(guò)程中實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果顯示最佳距離約為33cm。從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可知距離的選擇比電流誤差的消除對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響更大。2.2加光充測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中暗電流和本底電流的影響可忽略不計(jì),主要需消除的電流誤差就是陽(yáng)極光電流(反向電流)。為了克服或減小這一反向電流的影響,在光電管前加一孔徑為Ф=2mm,Ф=4mm,Ф=8mm的光闌,能使光能有效地通過(guò)它照射到陰極,而又能完全屏蔽照射到陽(yáng)極下的光線。光源與光電管接收裝置距離33cm時(shí),所測(cè)普朗克常數(shù)測(cè)定值與公認(rèn)值之間誤差見(jiàn)表2。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,將電壓選擇按鍵置于-2V~+2V檔,將“電流量程”選擇開(kāi)關(guān)置于10-12A檔,測(cè)試儀要先斷開(kāi)電流再接上,將測(cè)試儀電流輸入電纜斷開(kāi),將其指數(shù)歸零再把它恢復(fù)。測(cè)出在這幾種情況365納米,405納米,436納米,546納米,577納米波長(zhǎng)下,光闌為Ф=4mm時(shí)所測(cè)的h與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差最小為0.4%。將電壓選擇按鍵置于-2V~+30V檔,將“電流量程”選擇開(kāi)關(guān)置于10-11A檔,將測(cè)試儀電流輸入電纜斷開(kāi),調(diào)零后重新接上,分別測(cè)出365nm,405nm,436nm,546nm,577nm波長(zhǎng)下,光闌為Ф=4mm相對(duì)與Ф=2mm和Ф=8mm時(shí)較小為2.9%。加光闌測(cè)普朗克常數(shù)與公認(rèn)值之間得到的結(jié)果相差不大,反向電流對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大,特別是在有光照的時(shí)候,反向電流會(huì)增加。所以遏止電壓U0,的起點(diǎn)我們可以設(shè)定為電流開(kāi)始飽和的時(shí)候,這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較小。2.3計(jì)算h和標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差計(jì)算平均結(jié)果:與標(biāo)準(zhǔn)值h標(biāo)準(zhǔn)=6.6260755×10-34JS的相對(duì)誤差為:同理,當(dāng)Ф=4mm,計(jì)算得h與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差為0.4%;當(dāng)Ф=8mm,計(jì)算得h與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差為1.5%。由此可知,當(dāng)Ф=4mm,計(jì)算得h與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差最小。3普朗克常數(shù)的測(cè)量通過(guò)上述討論,可知,在利用光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定普朗克常數(shù)時(shí),存在光源與光電管接收裝置最佳距離d約為33cm(YJ-GD-3型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀),主要是因?yàn)閮烧叩木嚯x太近,光電管陰極容易疲勞,距離太遠(yuǎn),又會(huì)使得陰極電流過(guò)小,而致使微電流計(jì)靈敏度降低;加不加光闌對(duì)普朗克常數(shù)的測(cè)量是有影響的,加的光闌大則測(cè)出來(lái)的結(jié)果就大,反之,普朗克常數(shù)就小一些,光闌的使用也存在一個(gè)最佳值。另外,由于日光含有長(zhǎng)短波,使得在測(cè)定短波時(shí),長(zhǎng)波對(duì)短波有很大影響,這是造成短波截止電壓偏低的主要原因,進(jìn)而使電壓與頻率U-ν圖中的直線斜率降低導(dǎo)致h值降低,當(dāng)陰極被陽(yáng)光照射時(shí),陽(yáng)極不要讓陽(yáng)光照射到,這樣做的好處是反向電流影響小些?？傊?對(duì)反向遏止電壓法測(cè)普朗克常量的實(shí)驗(yàn)做了一些簡(jiǎn)單研究和改進(jìn),得到了<0.5%實(shí)驗(yàn)誤差測(cè)量,期望對(duì)以后此實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)起到拋磚引玉的結(jié)果?？傻秒妷哼x擇按鍵檔我們選擇的是-2V~+2V檔;“電流量程”選擇開(kāi)關(guān)我們置于10-12A檔,