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光电效应法测普朗克常量

2025-05-27 11:58:12

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光电效应法测普朗克常量,急!求解答,求别让我白等一场!

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2025-05-27 11:58:12

在物理学的发展历程中,光电效应的研究为人类理解微观世界提供了重要线索。爱因斯坦通过对光电效应现象的深入分析,提出了光量子假说,并由此推导出著名的爱因斯坦方程。这一理论不仅揭示了光的粒子性,还帮助我们精确测量了一个至关重要的物理常数——普朗克常量。

光电效应是指当光照射到某些材料表面时,能够使电子从物质内部逸出的现象。根据经典电磁理论,光的能量是连续分布的,因此只要入射光的强度足够大,无论频率高低,都能产生光电效应。然而,实验结果却表明,只有当入射光的频率超过某一阈值时,才会发生光电效应。这一发现与经典理论相悖,却完美契合了量子力学的观点。

在光电效应实验中,通过测量光电流随入射光频率的变化关系,可以间接得到普朗克常量 \( h \) 的数值。具体而言,实验装置通常包括光源、光电管以及相应的测量电路。当单色光以不同频率照射光电管阴极时,会激发电子逸出并形成光电流。通过调节反向电压(即截止电压),可以使光电流恰好归零,此时对应的电压值称为截止电压 \( U_c \)。根据爱因斯坦方程:

\[

E_k = hf - W

\]

其中 \( E_k \) 为逸出电子的最大初动能,\( f \) 是入射光的频率,\( W \) 表示金属的逸出功,\( h \) 即为普朗克常量。结合公式 \( E_k = eU_c \),我们可以进一步得出:

\[

h = \frac{eU_c}{f}

\]

通过改变入射光的频率 \( f \),并记录对应的截止电压 \( U_c \),就可以绘制出 \( U_c \) 随 \( f \) 变化的直线图。该直线的斜率直接反映了普朗克常量的大小。

光电效应法测定普朗克常量的方法简单直观,具有较高的精度和可靠性。此外,这一实验也加深了人们对量子世界的认识,为后续量子力学的发展奠定了坚实基础。如今,尽管科学技术日新月异,但光电效应依然作为经典实验之一,在教学与科研领域发挥着不可替代的作用。它不仅让我们见证了科学探索的魅力,更激励一代又一代科学家去追求真理、突破未知。

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