【用光电效应测定普朗克常量】在物理学的发展历程中，普朗克常数（记作 $ h $）是一个极为重要的基本物理常数，它不仅揭示了微观世界的量子特性，也奠定了现代量子力学的基础。而“光电效应”作为研究光与物质相互作用的重要实验手段，为测量普朗克常数提供了一条有效的途径。

一、实验背景

19世纪末，科学家们发现当光照射到金属表面时，能够使电子从金属中逸出，这一现象被称为光电效应。然而，经典电磁理论无法解释其中的一些关键现象，例如：光的频率必须高于某个阈值才能产生电子发射，而光强仅影响电子的数量，而非其能量。这一矛盾最终由爱因斯坦在1905年提出光子假说并成功解释了光电效应，从而推动了量子理论的诞生。

根据爱因斯坦的光电方程：

$$

E_k = h\nu - W

$$

其中，$ E_k $ 是逸出电子的最大动能，$ \nu $ 是入射光的频率，$ W $ 是金属的功函数，$ h $ 即为普朗克常数。

二、实验原理

本实验通过测量不同频率的单色光照射下，金属表面逸出电子的最大动能，进而计算出普朗克常数的数值。

实验中，通常采用光电管作为探测装置。当光照射到阴极上时，若光子的能量足够大（即频率高于截止频率），电子就会被激发并逸出，形成光电流。通过调节反向电压，可以测得电子的最大动能，即截止电压 $ U_0 $，满足关系：

$$

eU_0 = h\nu - W

$$

将多个不同频率的光对应的截止电压进行线性拟合，即可得到斜率为 $ h $ 的直线，从而求出普朗克常数。

三、实验步骤简述

1. 准备仪器：包括光源（如汞灯）、滤光片、光电管、电压表、电流计等。

2. 选择波长：通过滤光片选取不同波长的单色光，记录对应的频率。

3. 测量截止电压：在不同频率下调整外加电压，找到使光电流刚好为零的电压值。

4. 数据处理：以截止电压为纵轴，频率为横轴，绘制图像，并通过直线斜率计算 $ h $。

四、误差分析与注意事项

- 光源的稳定性会影响测量精度；

- 光电管的响应特性可能引入系统误差；

- 实验环境中的杂散光干扰应尽量避免；

- 电压调节需精确，确保测量结果可靠。

五、结论

通过光电效应实验，我们不仅验证了爱因斯坦光电方程的正确性，还成功测量出了普朗克常数的值。该实验不仅具有重要的理论意义，也在实际应用中发挥着重要作用，如在光电器件设计、量子通信等领域都有广泛应用。

结语

光电效应不仅是探索微观世界的一扇窗户，更是连接经典物理与量子理论的桥梁。通过对普朗克常数的测定，我们更深入地理解了光与物质之间的本质联系，也为后续的量子力学发展打下了坚实基础。