利用matlab和excel进行光电效应测普朗克常量实验中的数据处理1.0..docxVIP

利用MATLAB和EXCEL进行光电效应测普朗克常量实验中的数据处理(东南大学学院南京211189)摘要：本文回顾了光电效应中用反向遏制电压法测量普朗克常数的实验原理，讨论了可能影响实验精度的原因，提出了用excel和matlab软件绘制实验曲线确定普朗克常量的方法。关键词：光电效应普朗克常量matlabexcelUsing MATLAB and EXCELtoresearch Photoelectric Effect Experimentof the Determination of PlanckConstantAbstract:This paper introduces the experimental principle ofPhotoelectric effect experiment of the determination of Planck constant, then, leads to the experimental data using Excel software and Matlab software on a new treatment methods to improve accuracy.Key words:principle ofPhotoelectric effectPlanck constantExcelMatlab引言：一般我们是用制图纸绘制零电流法测普朗克常量的线性直线，由于人为的误差，笔的粗细，取点时候的偏差都会直接影响到精度的测定，所以本文比较使用excel和matlab进行这些数据的处理，和绘图分析，可以完全减少人为的误差，提高实验的准确精度，同时也可以让我更加熟悉excel和matlab的使用。正文：实验原理1.光电效应当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。所产生的电子，称为光电子。光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。当金属中的电子吸收一个频率为的光子时，便获得这光子的全部能量，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功W，电子就会从金属中逸出。按照能量守恒原理有：（1）上式称为爱因斯坦方程，其中和是光电子的质量和最大速度，是光电子逸出表面后所具有的最大动能。它说明光子能量小于W时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率0=W/，称为光电效应的极限频率（又称红限）。不同的金属材料有不同的脱出功，因而υ0也是不同的。由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位被称为光电效应的截止电压。显然，有（2）代入（1）式，即有（3）由上式可知，若光电子能量，则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功，因而也不同。由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子ν的频率成正比，，将（3）式改写为（4）上式表明，截止电压是入射光频率ν的线性函数，如图2，当入射光的频率时，截止电压，没有光电子逸出。图中的直线的斜率是一个正的常数：（5）由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的曲线，并求出此曲线的斜率，就可以通过式（5）求出普朗克常数 h。其中是电子的电量。图2 U0-v 直线2.光电效应的伏安特性曲线图3是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率为ν、强度为P的光线照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出。如在阴极K和阳极A之间加正向电压，它使K、A之间建立起的电场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，随着电压的增加，到达阳极的光电子将逐渐增多。当正向电压增加到时，光电流达到最大，不再增加，此时即称为饱和状态，对应的光电流即称为饱和光电流。图3 光电效应原理图由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少；当反向电压达到截止电压时，光电流为零。图4 入射光频率不同的I－U曲线图5 入射光强度不同的I－U曲线爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，所以实验中存在着如下问题：(1）暗电流和本底电流。当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流，称为暗电流。它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。室内各种漫反射光射入光电管造成的光电流称为本底电流。暗电流和本底电流随着K、A之间电压