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分类号： O4-33
几种普朗克常数测量方法的比较
几种普朗克常数测量方法的比较
摘要：物理学中基本物理常数的确立及精密测定与物理学的发展起着相互促进的作用，准确测量基本物理常数尤为重要。以普朗克常数h为根本特征的量子论给人们提供了新的关于自然界的表述方法和思考，量子论和爱因斯坦创立的相对论共同塑造了20世纪人类科技文明。本文主要描述了普朗克常数在物理学发展中的重要作用，以及光电效应、电子衍射这两种普朗克常数测量方法的介绍，并进行了对比研究。 关键词：普朗克常数；光电效应；电子衍射；黑体辐射
Comparison of Several Planck Constant Measurement Method
Abstract: The establishment of the basic physics constant and precise measurement play a mutual
promoting role in the development of physics,especially the precision of measuring.The quantum's basic feature of Plank constant provides the new methods of expression and thinking about natural world to people.The view of quantum and the theory of relativity founded by Einstein have both molded the humanity's civilization of science technology in the 20th century.This paper describes the Planck constant, an important role in the development of physics, as well as the introduction of the photoelectric effect, electron diffraction of these two methods of measurement of the Planck constant, and a comparative study.
Key words:Planck's constant; Photoelectric effect; Electron diffraction;Blackbody radiation
1 引言
基本物理常数的确立及精密测定与物理学的发展起着相互促进的作用。以普朗克常数h为根本特征的量子论给人们提供了新的关于自然界的表述方法和思考，使人们认识由低速宏观领域扩展到高速微观领域。历史上测定普朗克常数的方法包括：黑体辐射、光电效应、Ｘ射线谱、电子衍射、正负电子湮没以及衍射光栅等方法。进行实验并通过实验求取普朗克常数有助于理解量子理论和更好的认识h这个普适常数。目前，随着科学技术的发展，光电效应方法已广泛应用到工农业生产、国防军事和许多科技领域。 2 普朗克与普朗克常数 2.1 普朗克简介
马克斯·普朗克(1858.04.23-1947.10.03)，德国物理学家，量子力学的创始人，二十世纪最重要的物理学家之一，因发现能量量子而对物理学的进展做出了重要贡献，并在1918年获得诺贝尔物理学奖。量子力学的发展被认为是20世纪最重要的科学发展，其重要性可以同爱因斯坦的相对论相媲美[1]。 2.2 普朗克常数的由来
普朗克演讲的内容是关于物体热辐射的规律，即关于一定温度的物体发出的热辐射在不同频率上的能量分布规律。普朗克对于这一问题的研究已有6个年头了，今天他将公布自己关于热辐射规律的最新研究结果。普朗克首先报告了他在两个月前发现的辐射定律，这一定律与最新的实验结果精确符合（后来人们称此定律为普朗克定律）。然后，普朗克指出，为了推导出这一定律，必须假设在光波的发射和吸收过程中，物体的能量变化是不连续的，或者说，物体通过分立的跳跃非连续地改变它们的能量，能量值只能取某个最小能量元的整数倍。为此，普朗克还引入了一个新的自然常数h = 6.626196×10-34 J·（s即6.626196×10-27erg·s，因为1erg=10-7J）。这一假设后来被称为能量量子化假设，其中最小能量元被称为能量量子，而常数h被称为普朗克常数[2]。 3 普朗克常数的测量方法 3.1 光电效应方法 3.1.1 实验原理
光电效应实验原理如图1所示。其中S为 真空光电管，K为阴极，A为阳极。
光电流随加速电位差U的增加而增加，加 图1 光电效应实验原理图 速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值和值IH，饱和电流与光强成正比，
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而与入射光的频率无关。当U?UA?UK变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U0存在，当电位差达到这个值时，光电流为零，U0称为截止电压，此时光电子的最大初动能应等于它克服电场力所作的功，即
1 mv2?eU0 （1）
2设光子的能量为E?h?，束缚电子逸出金属表面客服内场所必需的逸出功为W0。
1则电子逸出金属表面的最大初动能为mv2，根据能量守恒有
2 h??12mv?W0 （2） 2这就是爱因斯坦光电方程。实验指出，当光的频率???0时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程可知：
W?0?0 （3）
h 由（1）（2）（3）式可得：U0?3.1.2 结果分析与讨论
用GSZF-5A型普朗克常数测量装置分别在5种波长下测量光电管的伏安特性。外加直流电压U从1V起缓慢调高，记住使电流开始明显升高的电压值。针对各阶段电流变化情况，分别以不同的间隔施加电压U，读取对应的电流值I。在电流起升点附近，要增加检测密度，以较小的间隔采集数据，数据见表1，并利用表1数据做U/I曲线图，并根据U/I曲线图选择不同频率的截止电压U0，并与相应频率γ做曲线[5]。
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h(???0)[3-4]。 e