反向遏止电压法测量普朗克常数
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摘要：为了将实验的精准度进一步提高，对于实验方法进行了研究，分析，并作出了相应的改动。调查中通过理论分析的方法对光电效应法则中的普朗克常数的数值进行了分析研究。实验时利用反向遏制电压的方法来对数值进行分析，并找出会使结果产生误差的原因。再根据理论分析的结果结合实际的实验操作，对于实验进行改进，将误差减到最小范围，实验的精确度也因此提高了（
Abstract： The measurement of Plank constant by the Photoelectric effect is analyzed theoretically. Different methods based on the analysis above and the research results in various fields are carefully analyzed. Also this article details the error causes produced by the measurement of Plank constant Produced by the measurement of Plank constant using the counter-stopping voltage in Photoelectric effect. By the choices of optimization conclusion and elimination of the invert currents influencing experiment of Plank constant by way of counter-stopping voltage are profoundly studied，which causes the experiment method to have been improved and experiment precision（
Key words： Plank constant；Photoelectric effect；the inverted check voltage
中图分类号：O431 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）13-0059-02
0 引言
现在很多高校在物理教学中对于实验普遍采用反向遏制电压这种方法来对普朗克常数值进行实验。在试验中总难免出现各种问题，因此结果也总是有较大的误差（误差范围在百分之八到百分之十四之间）。本文通过大量的调查、研究、分析后对实验进行了改革，分析实验中的影响条件以消除影响因素，从本质上提高了实验的精确度（误差范围在百分之五之内）。
1 实验参数和h测定方法
实验中使用了YJ-GD-3型光电效应实验仪，对于仪器的分析结果如下：
①微电流放大器：在零漂开机半小时后，电流测量共分为六档，分辨率为十的负十四安，电流的数值为10-8～10-13 A。
②光电管工作电源：电压调节范围：-2～+2V，-2～+30V，分2档。
③光电管：光谱响应范围：300-700nm；阳极：镍圈；暗电流：I？燮2×10-12A。
④滤光片组：滤光片组共分为五组，在测试时其中心波长分别为三百六十五纳米，四百零五纳米，四百三十六纳米，五百四十六纳米，五百七十七纳米。
汞灯：汞灯可分为低压和高压，试验中可以用的为三百六十五纳米，四百零五纳米，四百三十六纳米，五百四十六纳米，五百七十七纳米五种。
e·U=mv2/2=hν-Ws
可得
U=■ν-■
=■（ν-ν■）
=k（ν-ν■）
=kν，
其中
k=■=■
因而h=ek，e=1.60×10-19c。通过测定U和ν的比值来测定普朗克常数h。
2 光电效应实验方法与结果
把汞灯及光电管暗箱庶光盖盖上，将汞灯暗箱光输出口对准光电管暗箱输入口，调整光电管与汞灯距离为约35cm并保持不变[1]。再将光电管暗箱电压的输入端和电压测试仪的输出端用专用的线路进行连接。
2.1 光电管接收装置和光源之间的距离d的选择 对普朗克常数测试仪进行测试比较，分别得出未加光阑时不同距离下的实验结果如表1所示。
在实验中将光源与光电管的接收装置距离从25cm改变到40cm过程中实验测量结果显示最佳距离约为33cm。从上述实验结果中可知距离的选择比电流误差的消除对实验结果的影响更大。
2.2 光源对于普朗克常数数值影响 实验中暗电流和本底电流的影响可忽略不计，主要需消除的电流误差就是阳极光电流（反向电流）。为了克服或减小这一反向电流的影响，在光电管前加一孔径为Ф=2mm，Ф=4mm，Ф=8mm的光阑，能使光能有效地通过它照射到阴极，而又能完全屏蔽照射到阳极下的光线。光源与光电管接收装置距离33cm时，所测普朗克常数测定值与公认值之间误差见表2。
由实验结果可知，将电压选择按键置于-2V～+2V档，将“电流量程”选择开关置于10-12A档，测试仪要先断开电流再接上，将测试仪电流输入电缆断开，将其指数归零再把它恢复。测出在这几种情况365纳米，405纳米，436纳米，546纳米，577纳米波长下，光阑为Ф=4mm时所测的h与标准值的相对误差最小为0.4%。将电压选择按键置于-2V～+30V档，将“电流量程”选择开关置于10-11A档，将测试仪电流输入电缆断开，调零后重新接上，分别测出365nm，405nm，436nm，546nm，577nm波长下，光阑为Ф=4mm相对与Ф=2mm和Ф=8mm时较小为2.9%。加光阑测普朗克常数与公认值之间得到的结果相差不大，反向电流对实验结果影响较大，特别是在有光照的时候，反向电流会增加。所以遏止电压U0，的起点我们可以设定为电流开始饱和的时候，这样的实验结果相差较小。
2.3 电压选择按键档我们选择的是-2V～+2V档；“电流量程”选择开关我们置于10-12A档，断开测试仪电流输入的电缆，将其指数归零后再接上，在365nm，405nm，436nm，546nm，577nm波长下，光阑分别为Ф=2mm，Ф=4mm，Ф=8mm时的截止电位U0。其结果如表3。
U1=|-1.929+1.501|=0.428，
U2=|-1.501+1.276|=0.225，
U3=|-1.276+0.757|=0.519，
U4=|-0.757+0.692|=0.065
U=（U1+U2+U3+U4）/4
=（0.428+0.225+0.519+0.065）/4
=0.308
v1=|8.219-7.407|=0.812×1014，
v2=|7.407-6.881|=0.526×1014，
v3=|6.881-5.495|=1.386×1014，
v4=|5.495-5.199|=0.296×1014
v=v1+v2+v3+v4
=（0.812+0.526+1.386+0.296）×1014/4
=0.755×1014
U/v=0.308/0.755×1014
=0.408×10-14
计算平均结果：
h=ek
=e（U/v）
=1.60×10-19×0.408×10-14
=6.528×10-34JS
与标准值[2]h标准=6.6260755×10-34JS的相对误差为：
P=|h-h标准|/h标准
=|6.528×10-34-6.6260755×10-34|/6.6260755×10-34
=1.4%
同理，当Ф=4mm，计算得h与标准值的相对误差为0.4%；当Ф=8mm，计算得h与标准值的相对误差为1.5%。由此可知，当Ф=4mm，计算得h与标准值的相对误差最小。
3 结论
通过上述讨论，可知，在利用光电效应实验测定普朗克常数时，存在光源与光电管接收装置最佳距离d约为33cm（YJ-GD-3型光电效应实验仪），主要是因为两者的距离太近，光电管阴极容易疲劳，距离太远，又会使得阴极电流过小，而致使微电流计灵敏度降低[3]；加不加光阑对普朗克常数的测量是有影响的，加的光阑大则测出来的结果就大，反之，普朗克常数就小一些，光阑的使用也存在一个最佳值。
另外，由于日光含有长短波，使得在测定短波时，长波对短波有很大影响，这是造成短波截止电压偏低的主要原因[4]，进而使电压与频率U-ν图中的直线斜率降低导致h值降低，当阴极被阳光照射时，阳极不要让阳光照射到，这样做的好处是反向电流影响小些。总之，对反向遏止电压法测普朗克常量的实验做了一些简单研究和改进，得到了
参考文献：
[1]蒙上阳，霍连得，杨秀清.光电效应实验分析[J].物理实验，2001，32（2）：41-43.
[2]江兴方.正确确定遏止电压测量普朗克常数[J].江苏石油化工学院学报，1999，26（1）：14-16.
[3]马书炳.光电效应测普朗克常数实验研究[J].1999，22（1）：61-63.
[4]斯皮瓦克.TB专门物理实验[M].北京：北京科技出版社，1987.