光電效應法則中普朗克常數(shù)的分析

光電效應法則中普朗克常數(shù)的分析

0試驗中的誤差目前，許多大學通常使用反向電壓法來測試普朗克常數(shù)值。在試驗中總難免出現(xiàn)各種問題,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)。本文通過大量的調(diào)查、研究、分析后對實驗進行了改革,分析實驗中的影響條件以消除影響因素,從本質(zhì)上提高了實驗的精確度(誤差范圍在百分之五之內(nèi))。1普朗克常數(shù)測試方法實驗中使用了YJ-GD-3型光電效應實驗儀,對于儀器的分析結(jié)果如下:(1)微電流放大器:在零漂開機半小時后,電流測量共分為六檔,分辨率為十的負十四安,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:光譜響應范圍:300-700nm;陽極:鎳圈;暗電流:I≤2×10-12A。(4)濾光片組:濾光片組共分為五組,在測試時其中心波長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)測定方法根據(jù)愛因斯坦的光電效應方程其中因而h=ek,e=1.60×10-19c。通過測定△U和△ν的比值來測定普朗克常數(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準光電管暗箱輸入口,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試儀的輸出端用專用的線路進行連接。2.1接收裝置距離對實驗測量的影響對普朗克常數(shù)測試儀進行測試比較,分別得出未加光闌時不同距離下的實驗結(jié)果如表1所示。在實驗中將光源與光電管的接收裝置距離從25cm改變到40cm過程中實驗測量結(jié)果顯示最佳距離約為33cm。從上述實驗結(jié)果中可知距離的選擇比電流誤差的消除對實驗結(jié)果的影響更大。2.2加光充測量實驗實驗中暗電流和本底電流的影響可忽略不計,主要需消除的電流誤差就是陽極光電流(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它照射到陰極,而又能完全屏蔽照射到陽極下的光線。光源與光電管接收裝置距離33cm時,所測普朗克常數(shù)測定值與公認值之間誤差見表2。由實驗結(jié)果可知,將電壓選擇按鍵置于-2V~+2V檔,將“電流量程”選擇開關(guān)置于10-12A檔,測試儀要先斷開電流再接上,將測試儀電流輸入電纜斷開,將其指數(shù)歸零再把它恢復。測出在這幾種情況365納米,405納米,436納米,546納米,577納米波長下,光闌為Ф=4mm時所測的h與標準值的相對誤差最小為0.4%。將電壓選擇按鍵置于-2V~+30V檔,將“電流量程”選擇開關(guān)置于10-11A檔,將測試儀電流輸入電纜斷開,調(diào)零后重新接上,分別測出365nm,405nm,436nm,546nm,577nm波長下,光闌為Ф=4mm相對與Ф=2mm和Ф=8mm時較小為2.9%。加光闌測普朗克常數(shù)與公認值之間得到的結(jié)果相差不大,反向電流對實驗結(jié)果影響較大,特別是在有光照的時候,反向電流會增加。所以遏止電壓U0,的起點我們可以設(shè)定為電流開始飽和的時候,這樣的實驗結(jié)果相差較小。2.3計算h和標準值的相對誤差計算平均結(jié)果:與標準值h標準=6.6260755×10-34JS的相對誤差為:同理,當Ф=4mm,計算得h與標準值的相對誤差為0.4%;當Ф=8mm,計算得h與標準值的相對誤差為1.5%。由此可知,當Ф=4mm,計算得h與標準值的相對誤差最小。3普朗克常數(shù)的測量通過上述討論,可知,在利用光電效應實驗測定普朗克常數(shù)時,存在光源與光電管接收裝置最佳距離d約為33cm(YJ-GD-3型光電效應實驗儀),主要是因為兩者的距離太近,光電管陰極容易疲勞,距離太遠,又會使得陰極電流過小,而致使微電流計靈敏度降低;加不加光闌對普朗克常數(shù)的測量是有影響的,加的光闌大則測出來的結(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最佳值。另外,由于日光含有長短波,使得在測定短波時,長波對短波有很大影響,這是造成短波截止電壓偏低的主要原因,進而使電壓與頻率U-ν圖中的直線斜率降低導致h值降低,當陰極被陽光照射時,陽極不要讓陽光照射到,這樣做的好處是反向電流影響小些?？傊?對反向遏止電壓法測普朗克常量的實驗做了一些簡單研究和改進,得到了<0.5%實驗誤差測量,期望對以后此實驗的改進起到拋磚引玉的結(jié)果。可得電壓選擇按鍵檔我們選擇的是-2V~+2V檔;“電流量程”選擇開關(guān)我們置于10-12A檔,