測量普朗克常量的實驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種新的測量普朗克常量的實驗裝置，包括：熒光屏（1）、準直管（2）、光電管（3）、濾光片（4）、光闌（5）、磁場發(fā)生器（6、7）、衍射光柵（8）、光源（9）。本實用新型的實驗裝置通過測量光電管所發(fā)射的電子的最大初動能來確定普朗克常量，避免了暗電流的影響。通過采用本實用新型的物理實驗裝置，可以直接從熒光屏上讀出電子在磁場中進行圓周運動的直徑、電子的動量或動能，更加方便直觀。
【專利說明】測量普朗克常量的實驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于量子物理領(lǐng)域，具體涉及一種通過獲得逸出電子最大初動能來求得普朗克常量的大學(xué)物理實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前大學(xué)物理實驗中對于普朗克常量的測量均采用光電效應(yīng)測普朗克常量實驗裝置。該設(shè)備原理為當(dāng)有入射光照射到光電管陰極上時，光電管產(chǎn)生的光電子向陽極遷移構(gòu)成光電流，在光電管電極上加上反向電壓，通過不斷改變電壓的大小并且測量出光電流的大小，可以得出光電管的伏安特性曲線。當(dāng)反向電壓增加到Us時，到達陽極的電子數(shù)目
為O。理論上根據(jù)截止電壓與入射光頻率的線性關(guān)系U，改變?nèi)肷涔忸l率，測量
對應(yīng)的截止電壓，在直角坐標系中作出Us_v關(guān)系曲線，由該曲線的斜率即可求出普朗克常量。該實驗方法無法排除暗電流對于測量結(jié)果造成的誤差，導(dǎo)致計算結(jié)果離標準值相差甚多，且在坐標系中作圖求斜率的方法工作量大，精度低。暗電流指的是并非由于光源所發(fā)出的光而造成的電子的逸出。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型設(shè)備提供了一種新的測量普朗克常量的實驗裝置。該實驗裝置簡單易操作，測量精度高。
[0004]本實用新型的測量普朗克常量的實驗裝置包括:熒光屏、準直管、光電管、濾光片、光闌、磁場發(fā)生器、衍射光柵、光源、電源和基座，所述電源為所述光源供電；
[0005]所述光源安裝在所述基座上并且所述光源能夠在所述基座上滑動和/或轉(zhuǎn)動；
[0006]所述光源朝向所述光電管發(fā)射光；
[0007]所述衍射光柵用于對所述光源發(fā)出的光進行衍射分光，從而使得具有預(yù)定頻率的單色光正對所述光電管的陰極；
[0008]所述光闌置于所述衍射光柵和所述光電管之間，用于調(diào)節(jié)進入所述光電管的光的強度；
[0009]所述濾光片置于所述光源所發(fā)出的光束的光路中，用于濾除所述光源發(fā)出的光中的紫外光；
[0010]所述光電管的陰極接收所述光源發(fā)出的經(jīng)過濾的光，并且在所述光的作用下相應(yīng)地發(fā)射出電子；
[0011]所述磁場發(fā)生器用于產(chǎn)生均勻磁場；
[0012]所述準直管放置在所述光電管的所述陰極的前方，用于對所述陰極發(fā)射的電子進行準直，從而使得所述電子垂直于所述均勻磁場射入所述均勻磁場中；
[0013]所述熒光屏平行于所述均勻磁場放置于所述磁場發(fā)生器的側(cè)部，并且所述熒光屏的法線方向與所述電子入射進入磁場的方向平行，此外，所述熒光屏上具有直角坐標網(wǎng)格，所述熒光屏與所述光電管在磁場發(fā)生器的同一側(cè)，從而使得，所述陰極發(fā)射的電子在磁場洛倫茲力的作用下能夠經(jīng)圓周運動而撞擊在所述熒光屏上，并且，當(dāng)所述熒光屏上有電子撞擊時，所述熒光屏能夠顯示或記錄電子所撞擊位置的坐標。
[0014]優(yōu)選地，照射在所述光電管的陰極上的單色光的光子的能量大于所述陰極中的材料的電子的逸出能。
[0015]優(yōu)選地，所述熒光屏上的坐標表示所述電子撞擊在熒光屏上的位置與所述準直管的中心之間的距離，所述坐標網(wǎng)格的坐標原點位于所述準直管的中心點處。
[0016]優(yōu)選地，所述熒光屏上的每個坐標基于下面公式與電子動量相關(guān)聯(lián)，
[0017]p=eBR=eB A x/2,
[0018]其中，P表不電子動量，e表不電子電荷,B表不磁場強度，A X表不所述電子撞擊在屏幕上的位置與所述準直管的中心之間的距離。
[0019]優(yōu)選地，所述熒光屏上的每個坐標基于下面公式與電子動能相關(guān)聯(lián)，
【權(quán)利要求】
1.一種測量普朗克常量的實驗裝置，包括: 熒光屏(I)、準直管(2)、光電管(3)、濾光片(4)、光闌(5)、磁場發(fā)生器(6、7)、衍射光柵(8)、光源(9)、電源(10)和基座(11)，其特征在于， 所述電源(10)為所述光源(9)供電； 所述光源(9 )安裝在所述基座(11)上并且所述光源(9 )能夠在所述基座上滑動和/或轉(zhuǎn)動； 所述光源(9 )朝向所述光電管(3 )發(fā)射光； 所述衍射光柵(8)對所述光源(9)發(fā)出的光進行衍射分光，從而使得具有預(yù)定頻率的單色光正對所述光電管(3)的陰極； 所述光闌(5)置于所述衍射光柵(8)和所述光電管(3)之間，調(diào)節(jié)進入所述光電管的光的強度； 所述濾光片(4)置于所述光源(9)所發(fā)出的光束的光路中，濾除所述光源(3)發(fā)出的光中的紫外光； 所述光電管(3)的陰極接收所述光源(9)發(fā)出的經(jīng)過濾的光，并且在所述光的作用下發(fā)射出電子； 所述磁場發(fā)生器(6、7)用于產(chǎn)生均勻磁場； 所述準直管(2)放置在所述光電管(3)的所述陰極的前方，對所述陰極發(fā)射的電子進行準直，從而使得所述電子垂直于所述均勻磁場射入所述均勻磁場中； 所述熒光屏(I)平行于所 述均勻磁場放置于所述磁場發(fā)生器(6、7)的側(cè)部，并且所述熒光屏(I)的法線方向與所述電子入射進入磁場的方向平行，此外，所述熒光屏(I)上具有直角坐標網(wǎng)格，所述熒光屏(I)與所述光電管(3)在磁場發(fā)生器(6、7)的同一側(cè)，從而使得，所述陰極發(fā)射的電子在磁場洛倫茲力的作用下能夠經(jīng)圓周運動而撞擊在所述熒光屏(I)上，并且，當(dāng)所述熒光屏上有電子撞擊時，所述熒光屏能夠顯示或記錄電子所撞擊位置的坐標。
2.如權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于，照射在所述光電管的陰極上的光子的能量大于所述陰極中的材料的電子的逸出能。
3.如權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于， 所述熒光屏(I)上的坐標表示所述電子撞擊在熒光屏(I)上的位置與所述準直管的中心之間的距離，所述坐標網(wǎng)格的坐標原點位于所述準直管(2)的中心點處。
4.如權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于， 所述熒光屏(I)上的每個坐標基于下面公式與電子動量相關(guān)聯(lián)，
p=eBR=eB A x/2, 其中，P表不電子動量，e表不電子電荷,B表不磁場強度，A X表不所述電子撞擊在屏幕上的位置與所述準直管的中心之間的距離。
5.如權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于， 所述熒光屏(I)上的每個坐標基于下面公式與電子動能相關(guān)聯(lián)，
09I I^ 9 * 9 E — I p二c二 — Irc: _〔,BK k ~ 2 HiiiC2 —2x0.511 —8x0.5n其中，Ek表不電子動能，e表不電子電荷，B表不磁場強度，△ X表不所述電子撞擊在屏幕上的位置與所述準直管的中心之間的距離。
6.如權(quán)利要求5所述的實驗裝置，其特征在于，所述物理實驗裝置基于電子動能Ek確定電子的最大初動能，并且根據(jù)公式Ei±=hv-Ws來確定所述普朗克常量，其中，h表示普朗克常量，V表示入射到陰極表面的光子的頻率，Ws表示為陰極的表面材料的逸出功。
7.如權(quán)利要求4或5所述的實驗裝置，其特征在于， 當(dāng)電子撞擊于所述熒光屏上時，所述熒光屏顯示電子的動量或動能。
8.如權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于，所述磁場發(fā)生器包括第一線圈(6)和第二線圈(7 )，所述 第一線圈(6 )和所述第二線圈(7 )彼此平行放置。
【文檔編號】G09B23/06GK203520710SQ201320657432
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】潘夢莎, 王啟銀, 白潔, 顧濤, 陳運蓬, 趙培峰, 化偉 申請人:國家電網(wǎng)公司, 山西省電力公司大同供電分公司