【普朗克常量的測(cè)量與其意義的探討2500字】

普朗克常量的測(cè)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(jìn)度安排 34318五、參考文獻(xiàn) 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(shí)驗(yàn)觀測(cè)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(shí)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(dòng)力學(xué)為主線近代物理學(xué)史一個(gè)時(shí)代的特征。普朗克常數(shù)是隨著量子論而進(jìn)入物理學(xué)的，確定這個(gè)常數(shù)的第一個(gè)數(shù)值的也是普朗克本人。1900年10月，德國(guó)物理學(xué)家普朗克(1858-1947,1918年獲諾貝爾獎(jiǎng))根據(jù)他的推斷對(duì)黑體輻射的光譜分布提出了一個(gè)修改公式，這個(gè)發(fā)現(xiàn)提交給了柏林物理學(xué)會(huì)。1900年12月在柏林的一次演講中，普朗克宣布了這個(gè)問題的解。一個(gè)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(gè)原子(以頻率v，振動(dòng))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(gè)新的基本的自然常數(shù)。用實(shí)驗(yàn)方法來測(cè)定普朗克常數(shù)，開始于美國(guó)物理學(xué)密立根(Millikau,1923年獲諾貝爾獎(jiǎng))從1914年起對(duì)愛因斯坦光電效應(yīng)定律所作的多次非常徹底的校核實(shí)驗(yàn)。密立根根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)定律，從實(shí)驗(yàn)上測(cè)出h/e是一恒量，于是結(jié)合他所測(cè)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(gè)基本角色。它是量子化進(jìn)程的一個(gè)量度，這個(gè)量度由h的數(shù)值決定。此外，它還聯(lián)系了一個(gè)常用的波的特征量一波長(zhǎng)，以及一個(gè)真正的微觀粒子的量一動(dòng)量P。這些都能夠由德布羅意(DeBroglie,1929年獲諾貝爾獎(jiǎng))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(shí)間測(cè)定，即在國(guó)際單位制中，h的單位是Js，普朗克對(duì)h值的最早估計(jì)是。1914年，密里根第一次用光電效應(yīng)原理測(cè)了h的值，結(jié)果是。自那時(shí)起這個(gè)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(dòng)力學(xué)在本質(zhì)上是等價(jià)的。只是處理問題的方式不同。無論是海森堡通過泊松括號(hào)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(gè)實(shí)實(shí)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(dòng)說長(zhǎng)期爭(zhēng)論的歷史，揭示了經(jīng)典理論在許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)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(duì)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(gè)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(dòng)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(qiáng)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(shí)地得到人們的理解和支持，主要是因?yàn)榻?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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，因?yàn)橐獪y(cè)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(cè)量光電流，困難在于許多干擾因素難以排除。測(cè)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(huì)影響實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gè)問題進(jìn)行研究，其中美國(guó)物理學(xué)家密立根工作得最為出色。他設(shè)計(jì)了一個(gè)特殊的真空管，在這個(gè)真空管中安裝了相當(dāng)精巧的實(shí)驗(yàn)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(shí)到光具有波動(dòng)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(shí)，顯出光的波動(dòng)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(shí)，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(yùn)動(dòng)規(guī)律，使人們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)前進(jìn)了一大步。三、課題研究目的本文在參考了大量的文獻(xiàn)和資料的基礎(chǔ)上，綜述了光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)和用色散及光譜理論測(cè)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(cè)普朗克常數(shù)所產(chǎn)生誤差的原因。從實(shí)驗(yàn)最佳條件的選取，消除影響實(shí)驗(yàn)精度的幾種電流出發(fā)，對(duì)反向遏止電壓法測(cè)定普朗克常數(shù)的方法進(jìn)行了研究，提出了一些提高測(cè)量精度的措施。但要獲得高精度的測(cè)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(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。四、研究工作進(jìn)度安排2017.3.1-2017.3.10：確定畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，收集資料；2017.3.11-2017.4.1：完成文獻(xiàn)綜述，英文翻譯，開題報(bào)告；2017.4.2-2017.4.29：編寫算法，設(shè)計(jì)GUI軟件并進(jìn)行葉片特征參數(shù)測(cè)量；2017.4.30-2017.6.10：完成畢業(yè)論文初稿并進(jìn)行反復(fù)修改，最終定稿。五、參考文獻(xiàn)[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(zhǎng)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(cè)繪出版社，1988年.[5]Galogero.f，1997,Cosmicoriginofguantigation,[J].PhysLettA228335--346[6]物理學(xué)會(huì).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(guó)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(shí)驗(yàn).北京:高等教育出版社，2011.149.[10]馬和平，權(quán)松，孫寧克