实验五、光电效应测普朗克常量普朗克常量是量子力学当中的一个基本常量，它首先由普朗克在研究黑体辐射问题时提出,其值约为s J h ⋅⨯=-3410626069.6，它可以用光电效应法简单而又较准确地求出。
光电效应是这样一种实验现象，当光照射到金属上时，可能激发出金属中的电子。
激发方式主要表现为以下几个特点：1、光电流与光强成正比2、光电效应存在一个阈值频率（或称截止频率），当入射光的频率低于某一阈值频率时，不论光的强度如何，都没有光电子产生3、光电子的动能与光强无关，与入射光的频率成正比4、光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光电子（延迟时间不超过910-秒），停止光照，即无光电子产生。
传统的电磁理论无法对这些现象对做出解释。
1905年，爱因斯坦借鉴了普朗克在黑体辐射研究中提出的辐射能量不连续观点，并应用于光辐射，提出了“光量子”概念，建立了光电效应的爱因斯坦方程，从而成功地解释了光电效应的各项基本规律，使人们对光的本性认识有了一个飞跃。
1916年密立根用实验验证了爱因斯坦的上述理论，并精确测量了普朗克常数，证实了爱因斯坦方程。
因光电效应等方面的杰出贡献，爱因斯坦与密立根分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。
实验目的1、 通过实验理解爱因斯坦的光电子理论，了解光电效应的基本规律；2、 掌握用光电管进行光电效应研究的方法；3、 学习对光电管伏安特性曲线的处理方法、并以测定普朗克常数。
实验仪器GD-3型光电效应实验仪（GD Ⅳ型光电效应实验仪）图1 光电效应实验仪实验原理1、 光电效应理论：爱因斯坦认为光在传播时其能量是量子化的，其能量的量子称为光子，每个光子的能量正比于其频率，比例系数为普朗克常量，在与金属中的电子相互作用时，只表现为单个光子：h εν= (1)212h mv W ν=+ (2) 上式称为光电效应的爱因斯坦方程，其中的W 为金属对逃逸电子的束缚作用所作的功，对特定种类的金属来说，是常数。
光的波粒二象性和双缝干涉实验光的波粒二象性是物理学中的重要概念，揭示了光既可以被视为波动也可以被视为粒子的特性。
而双缝干涉实验则是验证光波粒二象性的经典实验之一，它展示了光既能呈现出波动的干涉现象，又能呈现出粒子的随机撞击效应。
本文将通过深入探讨光的波粒二象性和双缝干涉实验的原理与应用，带领读者了解这一令人着迷的物理现象。
首先，我们先来了解光的波粒二象性。
在经典物理学中，光被视为一种电磁波，具有波动的特性。
光波的传播速度是光速，而波长和频率之间有着关系：波长越短，频率越高。
然而，在光与物质的相互作用中，光也被视为由许多离散的小粒子，称为光子，组成的粒子流。
光子具有能量和动量，与一般粒子类似，但其行为在某些情况下又表现出波动的性质。
这种既能以波动形式传播又能以粒子形式与物质相互作用的特性，被称为光的波粒二象性。
为了验证光的波粒二象性，科学家进行了许多实验证明。
其中，双缝干涉实验是最具有代表性的实验之一。
这个实验首次由英国科学家托马斯·杨（Thomas Young）于1801年进行，证明了光具有波动特性。
在这个实验中，杨用一块屏幕遮挡住了光源的一部分，只留下两个紧靠的小缝让光通过。
在屏幕的后面，放置另一块屏幕作为接收屏，通过这两个小缝，光通过后形成干涉图案。
结果显示，光通过双缝后，形成了一系列明暗相间、具有波动特征的条纹。
双缝干涉实验证明了光的波动性，但光也能呈现出粒子性质。
为了验证光的粒子性，科学家进行了更进一步的研究和实验。
其中，著名的光电效应实验为我们展示了光的粒子性。
光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会释放出电子。
根据经典波动理论，当光的强度增加时，金属中的电子应该被逐渐激发而抛出。
然而，实验结果表明，光的频率对光电效应起决定性作用，而光的强度并不重要。
这表明光的能量以离散的形式传递给金属，支持了光子的粒子性质。
那么，光既具有波动特性，又能以粒子形式存在，这是如何解释的呢？量子力学给出了这个问题的解答。
光子双缝干涉实验在量子力学里，双缝实验（double-slit experiment）是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。
双缝实验是一种“双路径实验”。
在这种更广义的实验里，微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径，从初始点抵达最终点。
这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移，因此产生干涉现象。
另一种常见的双路径实验是马赫-曾德尔干涉仪实验。
假若光束是由经典粒子组成，将光束照射于一条狭缝，通过狭缝后，冲击于探测屏，则在探射屏应该会观察到对应于狭缝尺寸与形状的图样。
可是，假设实际进行这单缝实验，探测屏会显示出衍射图样，光束会被展开，狭缝越狭窄，则展开角度越大。
如右图所示，在探测屏会显示出，在中央区域有一块比较明亮的光带，旁边衬托著两块比较暗淡的光带。
类似地，假若光束是由经典粒子组成，将光束照射于两条相互平行的狭缝，则在探射屏应该会观察到两个单缝图样的总和。
但实际并不是这样，如右图所示，在探射屏显示出一系列明亮条纹与暗淡条纹相间的图样。
19世纪初，托马斯·杨发表了一篇论文，《物理光学的相关实验与计算》（Experiments and Calculations Relativeto Physical Optics），详细阐述这些实验结果。
由于亮度分布可以用波的相长干涉与相消干涉这两种干涉机制来解释，意味着光是一种振动波，这促使光波动说被广泛接受，也导致17、18世纪的主流理论─光微粒说─渐趋式微。
但是后来20世纪初对于光电效应的理论突破演示出，在不同状况，光的物理行为可以解释为光是由粒子组成。
这些貌似相互矛盾的发现，使得物理学家必须想办法超越经典力学，更仔细地将光的量子性质纳入考量。
使用双缝实验与各种不同衍生的变版来检试单独粒子的物理行为，这方法已成为经典的思想实验，因为它能够清楚地探讨量子力学的核心谜题，它演示出对于实验结果的理论预测能力所不可避免的基础极限。
实验十二光镊子与微操作实验十二光镊子与微操作一.实验目的光具有能量和动量，光的动量是光的基本属性。
携带动量的光与物质相互作用，它们间会有动量的交换，从而表现为光对物体施加一力，作用在物体上的力就等于光引起的单位时间内物体动量的改变。
并由此可引起的物体的位移，速度状况的变化，我们称之为光的力学效应。
显然，研究光的力学效应对认识光的基本属性以及如何运用光的力学效应具有重要的学术意义。
但是，由于单个光子动量很小，普通光源的力学效应微乎其微，人们研究光的力学性质受到了很大限制。
历来的物理学教科书对光具有动量这一重要属性仅作简短的知识介绍，也一直没有一个合适的教学实验，来演示光具有动量这一基本属性，来展示光的力学效应和它的应用前景。
从对光的认识和物理教学体系来讲这无疑是一个非常大的缺憾。
60年代初激光的发明，使人类将光的利用推到一个崭新的阶段。
有了激光这种高亮度的新光源，光的力学效应开始显示其强大的生命力。
人们开始对光的辐射压力和光的力学效应进行全面和深入的研究。
70年代，朱棣文等人利用光压原理发展了用激光冷却和幽禁原子的方法，获得了1997年度诺贝尔物理学奖。
这一研究成果也为荣获2001年度诺贝尔物理学奖的玻色－爱因斯坦凝聚方面的工作提供了有效的实验手段。
与此同时，人们也在探索光对微小的宏观粒子的力学效应。
1986 年，A.Ashkin 等成功地利用一束强汇聚激光束实现了对生物微粒的三维捕获。
这一发明被形象地称为光阱或光镊。
成了这一尺度范围的粒子特有的操控和研究手段。
十多年来，光镊不但在生命科学领域，在其它涉及微小宏观粒子的研究领域都取得了重要应用。
光的力学效应的研究又有了新的突破。
激光力学应用非常之广，涉及到物理、化学、材料、机械、生物、医药等领域。
激光力学已成为多学科交叉的基础。
利用光的力学效应，开拓学科交叉，也是 21 世际跨学科研究的前沿领域。
科学发展已赋予光力学新的内涵和意义，需要我们在教学中，进一步阐明光具有动量，光与物质相互作用会产生力学效应，以及这种力学效应的巨大应用前景。
