【普朗克常量的測量與其意義的探討2500字】

普朗克常量的測量與其意義的探討目錄TOC\o"1-2"\h\u26981一、課題的背景和意義 123203二、課題研究現(xiàn)狀 226087三、課題研究目的 39297四、研究工作進度安排 34318五、參考文獻 3一、課題的背景和意義在物理學(xué)的基本常數(shù)中，有些是通過實驗觀測發(fā)現(xiàn)的。如真空中的光速C、基本電荷e、磁常數(shù)(真空中的磁導(dǎo)率)、電常數(shù)(真空中的電導(dǎo)率)等。也有一些是在建立相關(guān)定律、定理時被引入或間接導(dǎo)出的，如牛頓引力常數(shù)G、阿伏伽德羅常數(shù)NA、玻耳茲曼常數(shù)kB等。而普朗克常數(shù)h則是完全憑著普朗克的創(chuàng)造性智慧發(fā)現(xiàn)的。它可以標(biāo)志以狄拉克的量子電動力學(xué)為主線近代物理學(xué)史一個時代的特征。普朗克常數(shù)是隨著量子論而進入物理學(xué)的，確定這個常數(shù)的第一個數(shù)值的也是普朗克本人。1900年10月，德國物理學(xué)家普朗克(1858-1947,1918年獲諾貝爾獎)根據(jù)他的推斷對黑體輻射的光譜分布提出了一個修改公式，這個發(fā)現(xiàn)提交給了柏林物理學(xué)會。1900年12月在柏林的一次演講中，普朗克宣布了這個問題的解。一個革命性的假定要求空腔(黑體)的總能量以一種特殊的方式起因于腔內(nèi)的原子，換句話說，每一個原子(以頻率v，振動)僅能夠獲得能量為E=hv倍數(shù)的能量，普朗克稱之為量子。字母h被用來標(biāo)記一個新的基本的自然常數(shù)。用實驗方法來測定普朗克常數(shù)，開始于美國物理學(xué)密立根(Millikau,1923年獲諾貝爾獎)從1914年起對愛因斯坦光電效應(yīng)定律所作的多次非常徹底的校核實驗。密立根根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)定律，從實驗上測出h/e是一恒量，于是結(jié)合他所測定的e值，便可把普朗克常數(shù)推定出來。普朗克常數(shù)在量子物理中扮演了兩個基本角色。它是量子化進程的一個量度，這個量度由h的數(shù)值決定。此外，它還聯(lián)系了一個常用的波的特征量一波長，以及一個真正的微觀粒子的量一動量P。這些都能夠由德布羅意(DeBroglie,1929年獲諾貝爾獎)于1924年提出的著名方程人=h/p看出。h的值是用能量單位和時間測定，即在國際單位制中，h的單位是Js，普朗克對h值的最早估計是。1914年，密里根第一次用光電效應(yīng)原理測了h的值，結(jié)果是。自那時起這個值被反復(fù)用在了新的技術(shù)中。海森堡的矩陣力學(xué)與薛定謬的波動力學(xué)在本質(zhì)上是等價的。只是處理問題的方式不同。無論是海森堡通過泊松括號的變換，還是薛定愕通過算符的作用，最終都是巧妙地將普朗克常數(shù)h引入才建立了量子力學(xué)理論?？梢姴徽撌橇孔踊拍畹奶岢鲞€是量子力學(xué)的建立都與普朗克常數(shù)h緊密相關(guān)。因此，說普朗克常數(shù)h是量子論的基石和靈魂。綜上所述，普朗克常數(shù)卻是物理學(xué)中一個實實在在的、具有重要意義的、神奇的自然常數(shù)。它是現(xiàn)代物理學(xué)的基石與靈魂。普朗克常數(shù)是人類探索自然的過程中最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。它在20世紀(jì)的物理學(xué)中發(fā)揮了極其重要的作用。相信在21世紀(jì)的自然科學(xué)、尤其是物理學(xué)研究中將發(fā)揮更加重要的作用。二、課題研究現(xiàn)狀愛因斯坦的光量子理論是在普朗克的量子假說基礎(chǔ)上發(fā)展得到的。愛因斯坦總結(jié)了光學(xué)發(fā)展中微粒說和波動說長期爭論的歷史，揭示了經(jīng)典理論在許多實驗事實面前的困境，提出只要把光的能量看成是不連續(xù)分布的，而是一份一份地集中在光量子(光子)上，就可以解釋光致發(fā)光、光電效應(yīng)、電離等這些現(xiàn)象。對于光電效應(yīng)，愛因斯坦根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒原理提出一個方程:其中e為電子的電量，U為截止電壓，eU等于電子逸出金屬表面的最大動能，h為普朗克常量，v為光的頻率，W為電子逸出金屬表面所做的功。他不但解釋了電子的最大速度與光強無關(guān)，還預(yù)言了截止電壓與頻率之間的線形關(guān)系。愛因斯坦的光量子理論沒有及時地得到人們的理解和支持，主要是因為經(jīng)典理論的傳統(tǒng)觀念束縛了人們的思想，他提出截止電壓與頻率成正比的線性關(guān)系，還沒有人做出過全面的實驗驗證，因為要測出不同頻率下純粹由光輻射引起的微弱光電流并不是一件容易的事。精確測量光電流，困難在于許多干擾因素難以排除。測量的電極應(yīng)放在高真空的潔凈環(huán)境中，電極表面有接觸電位差，氧化膜會影響實驗結(jié)果，單色光很難獲得等。所以，關(guān)鍵在于排除干擾，作出精確可靠的實驗結(jié)果，找到截止電壓和輻射頻率之間的關(guān)系。許多人都在圍繞這個問題進行研究，其中美國物理學(xué)家密立根工作得最為出色。他設(shè)計了一個特殊的真空管，在這個真空管中安裝了相當(dāng)精巧的實驗設(shè)備。光量子理論創(chuàng)立后，在固體比熱、輻射理論，原子光譜等方面都獲得成功，人們逐步認(rèn)識到光具有波動和粒子二象屬性。光子的能量E=hv與頻率有關(guān)，當(dāng)光傳播時，顯出光的波動性，產(chǎn)生干涉，衍射，偏振等現(xiàn)象;當(dāng)光和物體發(fā)生作用時，它的粒子性又突顯了出來。后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)波粒二象性是一切微觀物體的固有屬性，并發(fā)展了量子力學(xué)來描述和解釋微觀物體的運動規(guī)律，使人們對客觀世界的認(rèn)識前進了一大步。三、課題研究目的本文在參考了大量的文獻和資料的基礎(chǔ)上，綜述了光電效應(yīng)實驗和用色散及光譜理論測定普朗克常數(shù)技術(shù)和方法，并結(jié)合各方面的研究成果，仔細(xì)分析了光電效應(yīng)中用反向遏止電壓法測普朗克常數(shù)所產(chǎn)生誤差的原因。從實驗最佳條件的選取，消除影響實驗精度的幾種電流出發(fā)，對反向遏止電壓法測定普朗克常數(shù)的方法進行了研究，提出了一些提高測量精度的措施。但要獲得高精度的測量效果，光電管前如何加孔徑光闌；如何減少光電管陽極污染出現(xiàn)的反向電流、暗電流和本底電流對測量結(jié)果的影響。四、研究工作進度安排2017.3.1-2017.3.10：確定畢業(yè)設(shè)計課題，查閱相關(guān)文獻，收集資料；2017.3.11-2017.4.1：完成文獻綜述，英文翻譯，開題報告；2017.4.2-2017.4.29：編寫算法，設(shè)計GUI軟件并進行葉片特征參數(shù)測量；2017.4.30-2017.6.10：完成畢業(yè)論文初稿并進行反復(fù)修改，最終定稿。五、參考文獻[1]趙鑫珊.普朗克之魂[M].上海:文匯出版社，1999.61[2」阿爾明.赫爾曼.量子論初期史[M].北京:商務(wù)印書館，1980[3]F.洪德著，哪長蔭，徐福新譯，量子理論的發(fā)展[M].北京:高等教育出版社，1994.[4]何圣靜.物理定律的形成與發(fā)展.測繪出版社，1988年.[5]Galogero.f，1997,Cosmicoriginofguantigation,[J].PhysLettA228335--346[6]物理學(xué)會.物理學(xué)史專題講座匯編.1983年.[7]夏宗經(jīng)編.物理學(xué)講義.黃石師范學(xué)院，2010年.[8]中國大百科全書物理卷[M].北京:高等教育出版社，2013.306-307[9]趙家鳳.普通物理實驗.北京:高等教育出版社，2011.149.[10]馬和平，權(quán)松，孫寧克