【光电效应测定普朗克常数】光电效应是物理学中一个重要的实验现象，它揭示了光与物质之间相互作用的本质。通过研究光电效应，科学家能够验证光的粒子性，并进一步推导出普朗克常数的数值。本实验利用光电效应原理，通过测量不同频率的光照射到金属表面时产生的截止电压，从而计算出普朗克常数。
一、实验原理
光电效应是指当光照射到金属表面时，若光的频率高于某一临界值（称为截止频率），则金属表面会发射电子。这些电子被称为光电子，其最大动能与入射光的频率成正比，而与光强无关。根据爱因斯坦的光电效应方程：
$$
E_k = h\nu - W_0
$$
其中：
- $ E_k $ 是光电子的最大动能；
- $ h $ 是普朗克常数；
- $ \nu $ 是入射光的频率；
- $ W_0 $ 是金属的逸出功。
实验中通过测量不同频率下的截止电压 $ U_c $，可以得到光电子的最大动能 $ E_k = eU_c $，从而计算出普朗克常数 $ h $。
二、实验步骤简要总结
1. 准备仪器：包括光源（如汞灯）、滤光片、光电管、数字电压表、电流计等。
2. 调节光源和滤光片：选择不同波长的单色光，确保入射光为单一频率。
3. 测量截止电压：在不同频率下，调整反向电压，直到光电流为零，记录此时的截止电压。
4. 计算普朗克常数：利用 $ h = \frac{eU_c}{\nu} + \frac{W_0}{\nu} $ 进行线性拟合，求出斜率即为 $ h $ 的值。
三、实验数据汇总（示例）
| 入射光频率 ν (Hz) | 截止电压 Uc (V) | 计算值 h (J·s) |
| 6.88 × 10¹⁴ | 0.75 | 6.62 × 10⁻³⁴ |
| 6.98 × 10¹⁴ | 0.80 | 6.65 × 10⁻³⁴ |
| 7.08 × 10¹⁴ | 0.85 | 6.68 × 10⁻³⁴ |
| 7.18 × 10¹⁴ | 0.90 | 6.71 × 10⁻³⁴ |
| 7.28 × 10¹⁴ | 0.95 | 6.74 × 10⁻³⁴ |
注：上述数据为模拟值，实际实验结果可能略有差异。
四、实验结论
通过光电效应实验，我们成功测得了普朗克常数 $ h $ 的近似值，约为 $ 6.65 \times 10^{-34} \, \text{J·s} $，与标准值 $ 6.626 \times 10^{-34} \, \text{J·s} $ 接近。该实验不仅验证了爱因斯坦光电效应理论的正确性，也进一步证明了光的粒子性。
五、注意事项
- 实验过程中应保持环境光线稳定，避免杂散光干扰。
- 滤光片需精确选择，确保入射光为单色光。
- 测量截止电压时应缓慢调节电压，防止误判。
- 多次测量取平均值，提高实验精度。
通过本次实验，学生不仅掌握了光电效应的基本原理，还加深了对量子物理的理解，为后续学习奠定了基础。