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《利用matlab和excel進(jìn)行光電效應(yīng)測普朗克常量實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理1.0》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、2012大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)研究論文利用MATLAB和EXCEL進(jìn)行光電效應(yīng)測普朗克常量實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理(東南大學(xué)學(xué)院南京211189)摘要：本文回顧了光電效應(yīng)中用反向遏制電壓法測量普朗克常數(shù)的實(shí)驗(yàn)原理，討論了可能影響實(shí)驗(yàn)精度的原因，提出了用excel和matlab軟件繪制實(shí)驗(yàn)曲線確定普朗克常量的方法。關(guān)鍵詞：光電效應(yīng)普朗克常量matlabexcelUsingMATLABandEXCELtoresearchPhotoelectricEffectExperimentoftheDeterminationofPlanckConstantAbstract:Thispaper
2、introducestheexperimentalprincipleofPhotoelectriceffectexperimentofthedeterminationofPlanckconstant,then,leadstotheexperimentaldatausingExcelsoftwareandMatlabsoftwareonanewtreatmentmethodstoimproveaccuracy.Keywords:principleofPhotoelectriceffectPlanckconstantExcelMatlab引言：一般我們是用制圖紙繪
3、制零電流法測普朗克常量的線性直線，由于人為的誤差，筆的粗細(xì)，取點(diǎn)時(shí)候的偏差都會(huì)直接影響到精度的測定，所以本文比較使用excel和matlab進(jìn)行這些數(shù)據(jù)的處理，和繪圖分析，可以完全減少人為的誤差，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確精度，同時(shí)也可以讓我更加熟悉excel和matlab的使用。正文：實(shí)驗(yàn)原理1.光電效應(yīng)當(dāng)一定頻率的光照射到某些金屬表面上時(shí)，可以使電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。所產(chǎn)生的電子，稱為光電子。光電效應(yīng)是光的經(jīng)典電磁理論所不能解釋的。當(dāng)金屬中的電子吸收一個(gè)頻率為的光子時(shí)，便獲得這光子的全部能量，如果這能量大于電子擺脫金屬表面的約束所需要的脫出功W，電
4、子就會(huì)從金屬中逸出。按照能量守恒原理有：hν=12mvm2+W（1）2012大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)研究論文上式稱為愛因斯坦方程，其中和是光電子的質(zhì)量和最大速度，12mvm2是光電子逸出表面后所具有的最大動(dòng)能。它說明光子能量小于W時(shí)，電子不能逸出金屬表面，因而沒有光電效應(yīng)產(chǎn)生；產(chǎn)生光電效應(yīng)的入射光最低頻率0=W/，稱為光電效應(yīng)的極限頻率（又稱紅限）。不同的金屬材料有不同的脫出功，因而υ0也是不同的。由（1）式可見，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出的電子動(dòng)能必然也越大，所以即使陰極不加電壓也會(huì)有光電子落入陽極而形成光電流，甚至陽極電位比陰極電位低時(shí)也會(huì)有光電子落到陽極，直
5、至陽極電位低于某一數(shù)值時(shí)，所有光電子都不能到達(dá)陽極，光電流才為零。這個(gè)相對(duì)于陰極為負(fù)值的陽極電位U0被稱為光電效應(yīng)的截止電壓。顯然，有eU0-12mv2=0（2）代入（1）式，即有hν=eU0+W（3）由上式可知，若光電子能量hν＜W，則不能產(chǎn)生光電子。產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低頻率是ν0=Wh，通常稱為光電效應(yīng)的截止頻率。不同材料有不同的逸出功，因而ν0也不同。由于光的強(qiáng)弱決定于光量子的數(shù)量，所以光電流與入射光的強(qiáng)度成正比。又因?yàn)橐粋€(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量，所以光電子獲得的能量與光強(qiáng)無關(guān)，只與光子ν的頻率成正比，，將（3）式改寫為U0=hνe-We=he(ν-ν
6、0)（4）上式表明，截止電壓U0是入射光頻率ν的線性函數(shù)，如圖2，當(dāng)入射光的頻率ν=v0時(shí)，截止電壓U0=0，沒有光電子逸出。圖中的直線的斜率k=he是一個(gè)正的常數(shù)：h=ek（5）由此可見，只要用實(shí)驗(yàn)方法作出不同頻率下的U0-ν曲線，并求出此曲線的斜率，就可以通過式（5）求出普朗克常數(shù)h。其中e=1.60×10-19C是電子的電量。圖2U0-v直線2.光電效應(yīng)的伏安特性曲線2012大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)研究論文圖3是利用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的原理圖。頻率為ν、強(qiáng)度為P的光線照射到光電管陰極上，即有光電子從陰極逸出。如在陰極K和陽極A之間加正向電壓UAK，它使K、A之
7、間建立起的電場對(duì)從光電管陰極逸出的光電子起加速作用，隨著電壓UAK的增加，到達(dá)陽極的光電子將逐漸增多。當(dāng)正向電壓UAK增加到Um時(shí)，光電流達(dá)到最大，不再增加，此時(shí)即稱為飽和狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的光電流即稱為飽和光電流。圖3光電效應(yīng)原理圖由于光電子從陰極表面逸出時(shí)具有一定的初速度，所以當(dāng)兩極間電位差為零時(shí)，仍有光電流I存在，若在兩極間施加一反向電壓，光電流隨之減少；當(dāng)反向電壓達(dá)到截止電壓時(shí)，光電流為零。圖4入射光頻率不同的I－U曲線圖5入射光強(qiáng)度不同的I－U曲線愛因斯坦方程是在同種金屬做陰極和陽極，且陽極很小的理想狀態(tài)下導(dǎo)出的。實(shí)際上做陰極的金屬逸出功比作陽極的金屬逸出功
8、小，所以實(shí)驗(yàn)中存在著如下問題：(1）暗
