[发明专利]基于压力传感器的用于测量普朗克常量的实验设备

说明书

技术领域

本发明涉及量子物理领域，具体涉及一种通过测量电子恰好无法逸出金属表面时的入射光的频率来求得普朗克常量的物理实验设备。

背景技术

目前大学物理实验中测量普朗克常量的实验设备均采用光电效应来对普朗克常量进行测量。金属表面在光辐照作用下发射电子的效应称为光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程E_k＝hν-W_s，改变入射光频率，当入射光频率恰好无法使电子逸出金属表面时，即E_k=0时，即可求得普朗克常量的值。

具体而言，常规实验装置的原理为当有入射光照射到光电管阴极上时，光电管产生的光电子向阳极迁移构成光电流，在光电管电极上加上反向电压，通过不断改变电压的大小并且测量出光电流的大小，可以得出光电管的伏安特性曲线。

根据截止电压与入射光频率的线性关系改变入射光频率，测量对应的截止电压，在直角坐标系中作出U_s-ν关系曲线，由该曲线的斜率即可求出普朗克常量。这种实验装置无法排除暗电流对于测量结果造成的误差，导致计算结果离标准值相差甚多，且在坐标系中作图求斜率的方法工作量大，精度低。

发明内容

本发明提供了一种新的测量普朗克常量的物理实验设备。该实验设备简单易操作，测量精度高。

本发明是基于这样的原理：

金属表面在光辐照作用下发射电子的效应称为光电效应，发射出来的电子叫做光电子，光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。根据爱因斯坦光电效应方程E_k＝hν-W_s，其中，W_s为金属中电子的逸出功。当入射光以极限频率ν₀入射时，光电效应恰好不能发生，此时有E_k＝hν₀-W_s＝0，则可得出普朗克常量的值。

本发明采用压力传感器来测量被照射金属表面所发射出的电子，而不是像现有技术中那样，测量电子所带来的电信号。相对于采用光电管测量电信号而言，采用压力传感器测压力不需要外加电压，且不需要阳极。因此，避免了阳极电流、暗电流和接触电位差，提高了实验精度。

本发明提供一种基于压力传感器的用于测量普朗克常量的实验设备，其特征在于，所述实验设备包括：光电头、光源、光源频率调节装置以及基座，其中，所述光电头包括金属片、薄膜式压力传感器和压力值输出器，所述基座支撑所述光电头和所述光源，

所述金属片呈弧形，弧形的开口方向朝向所述薄膜式压力传感器；

所述薄膜式压力传感器的中心处开有孔洞；

所述光源用于发射具有预定频率范围的光；

所述光源频率调节装置与所述光源集成在一起，用于接收所述光源所发出的光并且对所接收到的光进行带通滤波，从而输出具有预定频率的输出光，并且所述光源频率调节装置能够调节所述输出光的频率，此外，所述光源频率调节装置将所述输出光指向所述薄膜式压力传感器的中心处的孔洞，进而使所述输出光穿过薄膜式压力传感器照射在所述金属片的内表面上；

所述金属片接收来自所述光源的并穿过所述薄膜式压力传感器的孔洞的输出光，并且在所述输出光的作用下相应地发射出电子；

所述薄膜式压力传感器接收所述金属片发出的电子、测量由电子撞击导致的压力并通过所述压力值输出器来输出相应测得的压力值。

优选地，所述光源频率调节装置由高到低逐渐调节所述输出光的频率，直到所述压力值输出器所输出的压力为零。

优选地，所述光源频率调节装置由高到低逐渐调节所述输出光的频率，直到所述压力值输出器所输出的压力为低于预定阈值，然后停止对所述输出光频率的调节，维持预定时间。

优选地，所述实验设备还包括光阑，所述光阑置于所述光电头的入光口处，用于调节进入所述光电头的光束的形状和尺寸，所述光阑与所述薄膜式压力传感器的孔洞对准，并且所述光阑的孔径小于所述薄膜式压力传感器的孔洞的尺寸。

优选地，所述光源频率调节装置包括带通滤波器、频率调节按钮、频率值显示窗。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的物理实验设备的示意图；

图2为在图1中从右向左看去，图1所示实验设备的光电头中的金属片2和薄膜式压力传感器3的局部示意图；

图3为从图2中的左侧看去，图1中所示实验设备中的金属片2和薄膜式压力传感器3的示意图。

具体实施方式