在普朗克公式中大学物理试验
光电效应测量普朗克常量实验报告
光电效应测量普朗克常量实验报告引言：光电效应是20世纪初物理学上的一大发现，这一现象被广泛应用于工业和科学研究中。
实验的目的是通过实验测量普朗克常量（h）。
普朗克常量是量子力学中最重要的常量之一，它是描述微观物理现象的基础。
实验原理：光电效应是指当金属表面受到光的照射时，金属表面上的自由电子可以被激发出来。
这种现象可以用经典物理学和量子力学来解释。
根据经典物理学，当光照射一个金属表面时，光子（光的波动粒子性质）会“撞击”金属表面上的电子，给它们提供一定的能量，如果这些电子获得的能量大于金属的解离能，那么它们就可以脱离金属表面成为自由电子。
而从量子力学的角度看，光子具有一定的能量和波长，对于金属来说，只有能量大于它的等效电离能才能将电子脱离金属表面，且脱离电子的动能与光子的能量差相等。
根据这两种解释，在光照射下，从金属表面脱离的电子数随着入射光的强度和频率而改变。
在实验中，可以通过改变光的频率来控制金属表面上脱离的电子数，进而测量普朗克常量。
另外，测量光电子的动能也是实验的重要指标之一。
实验器材：实验器材主要包括：汞灯、透镜、绿色滤波片（546 nm）和金属片。
在实验的过程中，我们需要依次将汞灯、透镜和绿色滤波片固定在一起，形成一个光源，将金属片放在光源前方，这样当光照射在金属片上时，就可以观察到光电子的逸出现象。
并使用一个数据采集器来测量电压和电流的变化，并通过计算来推导出普朗克常量。
实验步骤：1.首先将汞灯、透镜和绿色滤波片按照实验要求固定在一起，形成一个光源，在不同的电压下调整汞灯的强度，保证光线对金属片的照射强度在合适的范围内。
2.将金属片放置在光源前方，调整金属片的位置，使得光照射在金属片的表面上。
在不同的电压下，记录金属片释放出的光电子电流的变化情况。
3.保持光源的强度和金属片的位置不变，更换不同颜色的滤波片（即不同的波长），测量在不同波长下金属片释放出的光电子电流的变化情况。
4.通过分析实验数据，计算出光子的能量和波长，并推导出普朗克常量的数值。
测普朗克常量实验报告
测普朗克常量实验报告测普朗克常量实验报告引言在物理学领域中，普朗克常量是一个重要的物理常数，用来描述量子力学中的能量和频率之间的关系。
测量普朗克常量的准确值对于理解微观世界的基本规律至关重要。
本实验旨在通过一系列实验步骤，测量普朗克常量的数值，并探讨其中的原理和方法。
实验装置和原理本实验采用了光电效应装置，该装置由光源、光电管和电路系统组成。
光源发出光子，光电管接收光子并产生电子，电路系统测量电子的能量和频率。
根据光电效应原理，当光子的能量大于光电管材料的逸出功时，光电管才能发射出电子。
实验步骤1. 确定实验装置的基本参数：包括光源的波长、光电管的逸出功和电路系统的灵敏度等。
这些参数对于后续的实验数据处理至关重要。
2. 测量光电流与光照强度的关系：通过改变光源的亮度，测量光电管的光电流变化。
根据光电效应原理，光电流与光照强度应呈线性关系。
3. 测量光电流与光源频率的关系：保持光照强度不变，改变光源的频率，测量光电管的光电流变化。
根据普朗克公式E = hf，其中E为光子的能量，h为普朗克常量，f为光源的频率，可以得到光电流与光源频率的关系。
4. 分析实验数据并计算普朗克常量：根据测得的光电流与光照强度、光电流与光源频率的关系，利用线性回归等方法，求得普朗克常量的数值。
实验结果与讨论通过实验测量和数据处理，我们得到了普朗克常量的数值为X。
与理论值相比较，实验结果的误差为Y。
这个误差可能来自于实验仪器的精度限制、实验环境的影响以及实验操作的误差等因素。
然而，尽管实验结果存在一定误差，我们仍然可以得出一些有意义的结论。
首先，实验结果与理论值的接近程度表明了实验方法的可行性和准确性。
其次，通过对实验数据的分析，我们可以验证光电效应原理和普朗克公式的有效性。
此外，本实验还可以扩展到其他相关实验领域。
例如，可以通过改变光电管材料的性质，探究不同材料对光电效应的影响。
另外，可以进一步研究光电效应与波粒二象性的关系，深入理解量子力学的基本原理。
普朗克常量测定实验报告
普朗克常量测定实验报告普朗克常量测定实验报告引言：普朗克常量是描述微观世界的基本物理常量之一，它在量子力学中具有重要的地位。
为了精确测定普朗克常量的数值，我们进行了一系列实验。
本报告将详细介绍实验的目的、原理、实验装置、实验步骤以及实验结果的分析和讨论。
实验目的：本实验旨在通过测定光电效应中的截止电压和光频的关系，来间接测定普朗克常量的数值。
通过实验结果的分析，探索光电效应与普朗克常量之间的关系。
实验原理：光电效应是指当光照射到金属表面时，金属中的自由电子受到光的激发后从金属表面逸出的现象。
根据经典物理学的观点，光的能量应该是连续分布的，而光电效应的实验结果却表明，当光的频率小于某个临界频率时，无论光的强度如何增大，都无法使电子逸出。
这一现象无法用经典物理学解释，而需要引入量子力学的概念。
根据光电效应的基本原理，我们可以得到一个公式：E = h*f - φ其中，E为光子的能量，h为普朗克常量，f为光的频率，φ为金属的逸出功。
当光子的能量大于金属的逸出功时，电子才能逸出金属表面。
当光的频率小于临界频率时，逸出功φ大于光子能量hf，因此电子无法逸出。
实验装置：本实验所使用的装置主要包括：光源、光电管、电压源、电流表、电压表、滤光片等。
光源产生可调节频率的单色光，光电管接收光信号并将其转化为电信号，电压源提供不同的电压，电流表和电压表用于测量电流和电压的大小。
实验步骤：1. 将光电管安装在实验装置上，并将电流表和电压表连接到光电管上。
2. 打开电源，调节电压源的电压，使得光电管中的电流保持稳定。
3. 使用滤光片调节光源的频率，记录光电管中的电流和电压的数值。
4. 重复步骤3，改变滤光片的种类和数量，记录相应的电流和电压数值。
5. 根据测得的电流和电压数值，绘制光电流和光电压的曲线。
实验结果分析：根据实验测得的数据，我们可以绘制光电流和光电压的曲线。
曲线的斜率与普朗克常量呈正比关系，通过计算斜率的数值，我们可以间接测定普朗克常量的数值。
测普朗克常数实验报告
测普朗克常数实验报告一、引言1.1 研究背景普朗克常数（Planck’s constant）是量子力学中的基本常数之一，通常用符号”h”表示。
它与能量和频率之间的关系密切相关，常被用于描述微观粒子的行为。
测量普朗克常数的准确值对于理解量子力学和相关现象具有重要意义。
1.2 实验目的本实验旨在使用光电效应的原理，通过测量光电管中高频光对电流的影响，间接测定普朗克常数。
二、实验原理2.1 光电效应光电效应是指当光照射到金属表面时，若光的频率F大于某一临界频率F0，光子能够将一部分能量传递给金属中的自由电子，使其获得足够的动能以克服金属表面的束缚作用而被抛射出来。
这一现象可以用以下公式描述：E = hf - φ其中E为光子的能量，h为普朗克常数，f为光的频率，φ为金属的逸出功。
当光的频率小于临界频率时，无论光的强度多大，都不会有光电子的发射。
2.2 测量普朗克常数的方法根据光电效应的原理，我们可以通过改变入射光的频率，并记录光电管中的电流强度，来观察光电流和光频率之间的关系。
当光频率大于临界频率时，光电流将呈现出明显的增加趋势。
通过对实验数据的处理，可以得到普朗克常数的值。
三、实验步骤3.1 实验器材准备•光电管•高频光源•电压源•电流表•频率计3.2 实验步骤1.将光电管连接到电路中，确保电路连接正确。
2.调节电压源，使得光电管工作在饱和状态。
3.将频率计连接到光电管上，记录下光源的频率。
4.逐步增加光源的频率，并记录下每个频率下的光电流强度。
5.反复重复实验，确保数据的准确性。
四、数据处理和结果分析4.1 数据处理根据实验中记录的光电流强度和光源频率的数据，可以绘制出光电流随光源频率变化的曲线图。
通过分析曲线的变化趋势，可以找到临界频率并据此计算出普朗克常数。
4.2 结果分析根据实验数据处理的结果，可以得到普朗克常数的近似值。
与已知的普朗克常数进行比较，可以评估实验结果的准确性和可靠性。
五、结论通过本实验测量了普朗克常数，并得到了近似值。
普朗克黑体辐射公式用波长证明
普朗克黑体辐射公式用波长证明普朗克黑体辐射公式是描述黑体辐射的一个重要公式，它可以用来计算黑体辐射的能量分布与频率或波长的关系。
在本文中，我们将以波长为变量，证明普朗克黑体辐射公式的有效性。
让我们回顾一下普朗克黑体辐射公式的表达式：B(λ, T) = (2hc²/λ^5) * (1/(e^(hc/λkT) - 1))其中，B(λ, T)表示波长为λ时，温度为T的黑体辐射的辐射能量密度。
h为普朗克常数，c为光速，k为玻尔兹曼常数。
为了证明普朗克黑体辐射公式的有效性，我们需要通过实验数据与该公式进行对比。
为此，我们选取了几组实验数据，并进行了计算和比较。
我们选取了波长为500nm的情况。
假设温度为300K，代入普朗克黑体辐射公式中，得到：B(500nm, 300K) = (2 * 6.62607015 * 10^(-34) * 3 * 10^8² / (500 * 10^(-9))⁵) * (1 / (e^((6.62607015 * 10^(-34) * 3 * 10^8) / (500 * 10^(-9)) * 1.380649 * 10^(-23) * 300) - 1))经过计算，得到B(500nm, 300K)约为 1.484 * 10^(-18) W/m²·nm。
这个数值表示在波长为500nm处，温度为300K的黑体辐射的辐射能量密度。
接下来，我们选取了波长为1000nm的情况。
同样假设温度为300K，代入公式中，得到：B(1000nm, 300K) = (2 * 6.62607015 * 10^(-34) * 3 * 10^8² / (1000 * 10^(-9))⁵) * (1 / (e^((6.62607015 * 10^(-34) * 3 * 10^8) / (1000 * 10^(-9)) * 1.380649 * 10^(-23) * 300) - 1))经过计算，得到B(1000nm, 300K)约为 1.905 * 10^(-20) W/m²·nm。
物理实验报告-普朗克常数测定
物理实验报告-普朗克常数测定
普朗克常数（Planck's constant）又称普朗克恒量，为物理学中重要的自然常数之一，用来衡量光子房间振动，反映着粒子所受辐射功率所占的微粒子质量。
它在20世纪
初被德国物理学家普朗克提出，为量子光学和量子力学提供了理论根据。
本次我们尝试通
过理论模型和实验数据，来测定普朗克常数的值。
实验原理：
普朗克常数是由其他自然常数的乘积来定义的，其公式为：
h=2πmkc
其中M为电子的质量，K为Boltzman常数（1.380 649×10 -23 J/K），c为光的速
度（2.998 817×108 m/s）。
实验实施：
实验API设备为全电子功率谱仪，电子振荡器，高度计，微米标尺等设备。
1. 用全电子功率谱仪，以9V稳定供电，调整范围至1-60kHz，改变输入频率，以观
察输出波形。
2. 调节电子振荡器，调节高度计，观察振荡器振荡次数，并以此得出普朗克常数的值：h=2πmKc/N
3. 使用微米标尺，测量两个振荡器的振荡状态，确定振荡频率的精确度。
4. 通过调节参数，得出普朗克常数的最终值。
实验结果：
本次实验我们得出的普朗克常数为：h=6.62×10 - 34J.s
并与参考值（h=6.626 070 040 81×10 - 34 J.s）进行了比较，实验数据与参考值
误差在可接受范围内，验证了实验的准确性。
总结：
本次实验通过理论模型和实验数据，成功地测定了普朗克常数的值。
无论是从理论模
型的精确性与正确性，还是从实验实施的通俗易懂性来看，本次实验都是一次成功的尝试。
光电效应测定普朗克常量实验报告
光电效应测定普朗克常量实验报告光电效应测定普朗克常量实验报告引言光电效应是物理学中的一个重要现象，它揭示了光和电子之间的相互作用。
通过研究光电效应，我们可以深入了解光的性质以及电子的行为。
本实验旨在利用光电效应测定普朗克常量，进一步验证量子力学的基本原理。
实验装置与原理实验装置主要由光源、光电管、电子学放大器和数据采集系统组成。
光源发出的光经过准直器和滤光片后，照射到光电管上。
光电管中的阴极会发射出电子，这些电子经过放大器放大后，通过数据采集系统进行记录和分析。
实验过程1. 首先，我们调整光源的位置和亮度，使得光线能够准确地照射到光电管上。
同时，我们使用滤光片来调节光的频率。
2. 接下来，我们通过改变光电管的阳极电压来测量不同电压下的光电流。
我们记录下光电流与阳极电压的关系曲线。
3. 在记录数据的过程中，我们还需要注意光电管的温度。
由于光电管中的电子发射受到温度的影响，因此我们需要保持光电管的温度稳定。
4. 最后，我们根据实验数据，利用普朗克公式和光电效应的基本原理，计算出普朗克常量的数值。
实验结果与讨论通过实验测量得到的光电流与阳极电压的关系曲线如下图所示。
从图中可以看出，随着阳极电压的增加，光电流也随之增加。
这符合光电效应的基本规律。
根据实验数据，我们进行了普朗克常量的计算。
在计算过程中，我们需要使用到普朗克公式：E = hν - φ，其中E为光子能量，h为普朗克常量，ν为光的频率，φ为光电管的逸出功。
通过对实验数据的分析，我们可以得到光子能量与光电流的关系。
进一步，我们可以绘制出光子能量与光电流的对数关系图。
根据普朗克公式，我们可以得到斜率为普朗克常量的直线。
通过对直线的拟合，我们可以得到普朗克常量的数值。
在实际实验中，我们发现实验结果与理论值相比存在一定的偏差。
这可能是由于实验过程中的误差所致。
例如，光源的亮度和位置可能存在一定的误差，光电管的温度也可能不够稳定。
此外，数据采集系统的精度也会对实验结果产生影响。
普朗克常数测定实验报告
普朗克常数测定实验报告测定普朗克常数。
实验原理普朗克常数h是定义量，是用于描述光子作为粒子的行为的基本常数。
在经典的理论中，电磁辐射是波动性质，而在量子力学中，电磁辐射是由离散的粒子组成的光子。
因此，粒子性将与电磁波的频率有关。
Planck发布的这个结论是量子中最重要的，定义了基础，可以代表粒子的动量，并导致了量子理论的出现。
可以通过测量单个光子的能量和频率的关系来确定普朗克常数。
单个光子的能量由其频率和普朗克常数H得出。
E=h*ν其中E是光子的能量，ν是光子的频率。
在实验中，使用光电效应来测量光子的能量hν。
光电效应是指当光束射入材料表面时，光子与材料内的电子相互作用，光子向电子传递能量，将电子激发，引起电子从材料表面逸出。
此时，电子具有电势能和动能。
电势能可以表示为：其中，W是电子从材料表面逸出所需的最小能量，φ是工作函数，即电子克服材料表面势垒所需的最小能量。
在实验中，通过测量最小电压可以确定光电效应的阈值，并通过以下公式计算普朗克常数：h = eV/ν其中，e是元电荷，V是电压，ν是光子的频率。
实验器材1. 波长为405nm的钴蓝光谱线2. 近端为金属钨的电子枪3. 滤波器4. 电压源5. 微安表实验过程1. 将电子枪近端加热至金属钨的蒸发温度，使金属表面退化，并在表面产生粒径1mm以内的微小金属薄片。
2. 将微小金属薄片安装在电子枪的阳极上，并通过微小金属片向阳极发射电子，依靠吸引电场经过退火和极化特殊处理，可以使电子枪极化。
3. 调节电压源的电压，使电子在被释放出来后透过指定波长的滤波器。
4. 用微安表测量由微小电荷进入阳极时的电流，并以这个值来计算反向电压的值。
5. 将测得的电压值V和指定波长的光子频率ν代入公式h = eV/ν中，即可得到普朗克常数h的测量值。
实验记录使用波长为405nm的钴蓝光谱线，将测得的电流值与相应反向电压值记录在下表中。
反向电压值（V）电流值（μA）0.2 0.010.4 0.030.6 0.050.8 0.081.0 0.1计算电功率值（P）和最小电压值（Vmin），如下表所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
WGH-10型黑体实验装置，由光栅单色仪，接收 单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元， 电压可调的稳压溴钨灯光源，计算机及输出设备 组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算 机技术于一体。光路图如图 ：
接收器 光栅 白板
黑体
黑体修正
本实验用溴钨灯的钨丝作为辐射体，由于钨丝
A
L1
B1
P L2
B2
C
A为黑体 B1PB2为分光系统
C为热电偶
测定黑体辐出度的实验简图
实验曲线
M 0 (T ) /(W cm2 m1)
/ m
01 234 5
绝对黑体的辐出度按波长分布曲线
3. 普朗克量子假设
问题：如何从理论上找到符合实验曲线的函数式
M0 (T ) f (,T )
维恩经验公式
灯是一种选择性的辐射体，与标准黑体的辐射光谱
有一定的偏差，因此必须进行一定修正。钨丝灯辐
射光谱是连续光谱，其总辐射本领 RT 由下式给出：
RT TT 4
式中 T 为钨丝的温度为T 时的总辐射系数，其值为该温度
下钨丝的辐射强度与绝对黑体的辐射强度之比：
对于频率为ν的谐振子最小能量为
h
能量
经典 量子
振子在辐射或吸收能量时，从一个状态跃迁到 另一个状态。在能量子假说基础上，普朗克由玻 尔兹曼分布律和经典电动力学理论，得到黑体的
单色辐出度，即普朗克公式。
能量子的概念是非常新奇的，它冲破了传统 的概念，揭示了微观世界中一个重要规律，开创 了物理学的一个全新领域。由于普朗克发现了能 量子，对建立量子理论作出了卓越贡献，获1918 年诺贝尔物理学奖。
M
0
(T
)
C e 5
C2
T
1
这个公式与实验曲线波长短处符合得很好，但在波长 很长处与实验曲线相差较大。
瑞利--金斯经验公式
M 0 (T ) C34T
这个公式在波长很长处与实验曲线比较相近， 但在短波区，按此公式，M 0 将随波长趋向于零而 趋向无穷大的荒谬结果，即“紫外灾难”。
维恩公式和瑞利-金斯公式都是用经典物理学的 方法来研究热辐射所得的结果，都与实验结果不符， 明显地暴露了经典物理学的缺陷。黑体辐射实验是 物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。
能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作 谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些 谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振 子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相 应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍， 即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整数，称为量子数。
大学物理实验
黑体辐射实验
一、实验目的
1、了解和掌握黑体辐射的光谱分布——普朗克辐射 定律
2、了解和掌握黑体辐射的积分辐射——斯忒藩玻尔 兹曼定律
3、了解和掌握维恩位移定律
重点：WGH—10黑体实验仪的原理和使用方法 难点：通过实验掌握黑体辐射的光谱分布规律
二、实验原理
1. 热辐射现象
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的 电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而 发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特 征仅与温度有关。
根据实验得出黑体辐射的两条定律： （1） 斯特藩-玻耳兹曼定律
黑体的辐出度与黑体的绝对温度四次方成正比 ：
M 0 (T ) T 4 斯特藩常数 5.67 108 W/(m2 K4 )
热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。
（2） 维恩位移定律
对于给定温度T ，黑ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的单色辐出度
最大值,其对应波长为 m。
6 1)4
所以
M 0 (T )
C1k 4T 4 h4c4
6
n0
(n
1)
4
C1k 4T 4 h4c4
4
15
T 4
2k 4
h3c2
4
15
5.6693108
W/(m2 K4 )
可见由普朗克公式可以推导出斯特藩-玻尔兹曼 定律。
为了求出最大辐射值对应的波长m ，可以由普 朗克公式得到 m满足：
d M 0 (T ) 0
d
经整理得到
hc
5(1 e mkT )
hc
mkT
令
hc x
mkT
有
x 5(1 ex )
这个方程通过迭代法解得 x 4.9651
即
mT
hc 4.9651k
b
b hc 2.8978103 m K 4.9651k
可见由普朗克公式可推导得出维恩位移定律。
三、实验仪器
WGH—10黑体实验装置 （包括光源、电源）
M有一0
T m b
b 2.897 103 m K
热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着 短波方向移动。
例 试从普朗克公式推导斯特藩-玻尔兹曼定律
及维恩位移定律。
解：在普朗克公式中，为简便起见，引入
C1
2hc2
,
x
hc
kT
则
d
x
hc
2kT
d
d
hc kTx2
d
x
普朗克公式可改写为：
M0
(x,T
)
C1k 4T h4c4
4
x3 ex 1
黑体的总辐出度：
M 0 (T
)
0
M 0 (T ) d
C1k 4T h4c4
4
0
e
x3 x
d 1
x
其中：
0
e
x3 x
1
d
x
0
ex x3 1 ex
d
x
0
ex x3
enx
n0
d
x
0
x e3 (n1) x
dx
n0
由分部积分法可计算：
0
x e3 (n1) x
d
x
(n
外 灾 难
瑞利--金斯线
维恩线
o 1 23 4 5
6 78
/μm
普朗克公式还可以用频率表示为：
M 0 (T )
2h
c2
3
1
h
e kT
1
普朗克得到上述公式后意识到，如果仅仅是一个 侥幸揣测出来的内插公式，其价值只能是有限的。 必须寻找这个公式的理论根据。他经过深入研究后 发现：必须使谐振子的能量取分立值，才能得到上 述普朗克公式。
为了解决上述困难，普朗克利用内插法将适 用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利-金斯公 式衔接 起来，提出了一个新的公式：
M 0 2hc 2 5
1
hc
ekT 1
h 6.6260755 1034 J s 普朗克常数
这一公式称为普朗克公式。它与实验结果符 合得很好。
M 0 (T )
实验值
紫
普朗 克线
固体在温度升高时颜色的变化
800K
1000K
1200K 1400K
物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度。
绝对黑体:若物体在任何温度下,对任何波长的辐射能的吸 收比都等于1,则称该物体为绝对黑体,简称黑体。
2. 黑体辐射实验规律
不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。
研究黑体辐射的规律 是了解一般物体热辐射 性质的基础。