《大学物理实验》课程教学资源（教案）测普朗克常数

大学物理实验教案测普朗克常量实验题目4实验性质教师黄勇基本实验实验学时1.通过光电效应实验加深对光的量子性的认识。教学目的2.验证爱因斯的坦方程，测定普朗克常数h。观察光电管电流的变化，判断电流开始突然增加的时候对应在伏安特性曲线上的抬头重点n真正的截止电压并不是实测的伏安特性曲线与U轴的交点，因为光电管电流还包括反向难点电流和暗电流，课前的准备：1.仪器设备的检查。时间的掌握：留由5分钟机动的时间。2.实验的预做（抬头点的查找）。3.作出数据表格设计的参考。课上教学的设计：一、课上的常规检查（预习报告、数据表格的设计等)。(5分钟）（45分钟）二、讲解的设计1、引言光电效应是赫兹在1887年为验证电磁波存在时偶然发现的。其教学过程后许多科学家对光电效应进行了大量的研究，总结出了光电效应的一些基本实验事实，然而却无法用经典电磁理论对它作出完满的解释。的直到1905年，爱因斯坦在普朗克量子理论的基础上，大胆地提出了“光设量子”概念，才使得光电效应得到了正确的理论解释。密立根通过10计年艰苦的实验研究，在1916年发表的实验论文中对爱因斯坦方程进行了全面的验证，并准确测出了普朗克常数h=6.56×10-" J-s，这一数值与普朗克在1900年从黑体辐射求得的数值符合极好。两位科学家也因在光电效应等方面的杰出贡献而分别获得诺贝尔奖。光电效应为量子论提拱了直观而明确的论证，两者在物理学发展史上都有重要意义。普朗克常数是自然界一个重要的普适常数，利用光电效应可简单而较准确地测出，光电效应实验有益于学习和理解量子论

大 学 物 理 实 验 教 案 实验题目 测普朗克常量 实验性质 基本实验 实验学时 4 教师 黄 勇 教学目的 1.通过光电效应实验加深对光的量子性的认识。 2.验证爱因斯的坦方程，测定普朗克常数 h。 重 点 观察光电管电流的变化，判断电流开始突然增加的时候对应在伏安特性曲线上的抬头 点。 难 点 真正的截止电压并不是实测的伏安特性曲线与 U 轴的交点，因为光电管电流还包括反向 电流和暗电流。 教 学 过 程 的 设 计 课前的准备： 1.仪器设备的检查。 2.实验的预做（抬头点的查找）。 3.作出数据表格设计的参考。 课上教学的设计： 一、课上的常规检查 （预习报告、数据表格的设计等）。 (5 分钟) 二、讲解的设计 (45 分钟) 1、引言 光电效应是赫兹在 1887 年为验证电磁波存在时偶然发现的。其 后许多科学家对光电效应进行了大量的研究，总结出了光电效应的一 些基本实验事实，然而却无法用经典电磁理论对它作出完满的解释。 直到 1905 年，爱因斯坦在普朗克量子理论的基础上，大胆地提出了“光 量子”概念，才使得光电效应得到了正确的理论解释。密立根通过 10 年艰苦的实验研究，在 1916 年发表的实验论文中对爱因斯坦方程进行 了全面的验证，并准确测出了普朗克常数 6.56 10 · , 34 h J s − =  这一 数值与普朗克在 1900 年从黑体辐射求得的数值符合极好。两位科学家 也因在光电效应等方面的杰出贡献而分别获得诺贝尔奖。 光电效应为量子论提拱了直观而明确的论证，两者在物理学发展 史上都有重要意义。普朗克常数是自然界一个重要的普适常数，利用 光电效应可简单而较准确地测出，光电效应实验有益于学习和理解量 子论。 时间的掌握：留由 5 分 钟机动的时间

2、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计原则实验原理爱因斯坦在1905年提出光量子概念，认为一束频率为V的光是一束以光速c运动的光子流，每个光子具有能量hD后，如果它的能量足以克服金属表面的势垒，就有电子逸出金属表面。根据能量守恒定律，逸出的光电子的初动能为1my2= hv-W2当反向电压U=Us时，光电流I=0，Us称为遇止电位差（也称截止电压），即此时的电压刚好阻止动能最大的光电子到达阳极，显然1my?=eUs2其中，e为电子电量，将上式代入爱因斯坦方程式中，得到eU,=hv-Wh.WU,="v-ee3、实验的拓展：（由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学生利用现有的设备拓展出新的实验内容，培养学生的创新思维和创新能力。）1)、探索零点法测量的精度。2）、比较拐点法和零点法的优缺点。4.数据的测量与处理要求用做图法处理数据5.介绍主要仪器设备与使用6。强调实验中要注意的问题1.使用滤色片时勿用手触摸其表面，放入暗合套架时要平整，以免1讲作图法因折光带来误差。2.更换滤色片时应先行将光源孔遮盖住，实验完毕后用遮光罩盖住光电管暗盒进光窗，避免强光直接照射阴极而缩短光电管寿命

2、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计 原则 实验原理 爱因斯坦在 1905 年提出光量子概念，认为一束频率为  的光是 一束以光速 c 运动的光子流，每个光子具有能量 h  后，如果它的能 量足以克服金属表面的势垒，就有电子逸出金属表面。根据能量守恒 定律，逸出的光电子的初动能为 mv = h −W 2 2 1 当反向电压 U =Us 时，光电流 I=0，Us 称为遏止电位差（也称 截止电压），即此时的电压刚好阻止动能最大的光电子到达阳极，显然 mv = eUs 2 2 1 其中，e 为电子电量，将上式代入爱因斯坦方程式中，得到 e W e h U eU h W s s = − = −   3、实验的拓展：(由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学 生利用现有的设备拓展出新的实验内容,培养学生的创新思维和创新 能力。) 1）、探索零点法测量的精度。 2）、比较拐点法和零点法的优缺点。 4.数据的测量与处理 要求用做图法处理数据. 5．介绍主要仪器设备与使用 6．强调实验中要注意的问题 1.使用滤色片时勿用手触摸其表面，放入暗合套架时要平整，以免 因折光带来误差。 2.更换滤色片时应先行将光源孔遮盖住，实验完毕后用遮光罩盖住 光电管暗盒进光窗，避免强光直接照射阴极而缩短光电管寿命。 讲作图法

3.从光源出光孔射出的光应照光电管的阴极面，光电管暗盒可作左右及高低调节。避免光线照射阳极使反向电流增大。4.微电流放大器必须充分预热才能正常工作，连线时务必先接好地线，后接信号线。切勿让电压输出端A与地短路，以免损坏电源。三、学生的实验开始（120分钟）四、指导实验学生做实验的前30分钟不解答问题，给学生自己理解消化的时间，30分钟后边指导边提出一些问题启发学生解答.重点辅导：五、检查实验的结果，签字六、实验小结（实验结束前的10分钟）1、验中有哪些影响测量准确度的因素？2、用作图法处理实验数据时，直线的斜率是如何计算的？3、拓展题目完成的意义。课1．除了利用光电效应测量普朗克常数的方法外，还有哪些途径可以测量普朗克常数？后思2.如何利用MATLAB处理光电效应法测量普朗克常数的实验数据？考题[1]黄勇．测普朗克常量实验数据处理.物理实验.2011,Vol。31（3）：25-28参[2]杨际青.改进的光电效应测普朗克常量外推法实验.大学物理.2003,Vol.22(12):38-41考[3]穆翠玲光电效应实验的计算机采集与数据处理。实验室研究与探索文献2010,Vol.29(8):226-229

3. 从光源出光孔射出的光应照光电管的阴极面，光电管暗盒可作左 右及高低调节。避免光线照射阳极使反向电流增大。 4.微电流放大器必须充分预热才能正常工作，连线时务必先接好地 线，后接信号线。切勿让电压输出端 A 与地短路，以免损坏电源。 三、学生的实验开始 (120 分钟) 四、指导实验 学生做实验的前 30 分钟不解答问题,给学生自己理解消化的时 间,30 分钟后边指导边提出一些问题启发学生解答.重点辅导: 五、检查实验的结果,签字 六、实验小结 （实验结束前的 10 分钟） 1、验中有哪些影响测量准确度的因素？ 2、用作图法处理实验数据时，直线的斜率是如何计算的？ 3、拓展题目完成的意义。 课 后 思 考 题 1. 除了利用光电效应测量普朗克常数的方法外，还有哪些途径可以测量普朗克常数？ 2. 如何利用 MATLAB 处理光电效应法测量普朗克常数的实验数据？ 参 考 文 献 [1] 黄勇. 测普朗克常量实验数据处理. 物理实验. 2011 ,Vol．31（3）:25-28 [2] 杨际青. 改进的光电效应测普朗克常量外推法实验. 大学物理. 2003 ,Vol．22(12):38-41 [3] 穆 翠 玲 . 光 电 效 应 实 验 的 计 算 机 采 集 与 数 据 处 理 . 实 验 室 研 究 与 探 索 . 2010 ,Vol．29(8):226-229

《物理实验》教案（测普朗克常量）黄勇武汉理工大学一一理学院物理实验中心

《物理实验》教案 （测普朗克常量） 黄 勇 武汉理工大学——理学院物理实验中心