1. Để xác định hằng số Planck (h), ta có thể dựa vào hiện tượng quang điện ngồi xảy ra khi chiếu ánh sáng thích hợp vào catốt của tế bào quang điện trong chân không cao. Catốt của tế bào này là một lớp Kali và anốt là một vòng dây đặt đối diện với catốt.
Nếu photon có tần số f rơi vào Catốt có đủ năng lượng cần thiết thì electron có thể bị bứt ra khỏi catốt. Động năng cực đại của các electron phụ thuộc vào tần số ánh sáng : mv =hf −A
2
2
(1)
Khi một electron thoát khỏi catốt sẽ làm cho thế của K dương lên một lượng U= +e (V), electron có thể chuyển động tới Anốt (nếu
2
2
mv đủ lớn) tạo ra một hiệu điện thế giữa Catốt và Anốt. Electron cũng có thể bị tái hợp trên Catốt ( nếu
2
2
mv
nhỏ). Khi số electron sinh ra do tác động của ánh sáng bằng số electron tái hợp trên Catốt thì giữa Catốt và Anốt có một hiệu điện thế ổn định U.
Thế U này ngăn cản chuyển động của electron tới Anốt, nên electron chỉ tới được Anốt khi nó có động năng lớn hơn hoặc bằng năng lượng điện trường
eU mv =
2
2
, như thế nối hai cực của K và A với một vơn kế một chiều ta có thể đo
được U. Từ đó Hình 1
tính được 2
2
mv
, thay vào (1) tính được h nếu biết f và A
Trong thực tế bề mặt của anốt và catốt khác nhau, nên xuất hiện các thế tiếp xúc khác nhau. Thế này bổ xung vào hiệu đIện thế U, nên electron chỉ tới được anốt khi có động năng : φ + =eU mv 2 2 (2)
φ - đại lượng đặc trưng cho sự có mặt của thế tiếp xúc có thứ nguyên năng lượng. Như vậy có thể coi các đại lương A và φ không phụ thuộc vào tần số ánh sáng kích thích.
Từ (1) và (2) ta có
K A
Đặt e A a = −( +φ) và e h b= , ta được : U =a+bf (4)
Biểu thức này cho thấy U phụ thuộc tuyến tính vào tần số ánh sáng kích thích. Đồ thị U(f) là đường thẳng 2. Nếu bằng thực nghiệm dựng được đồ thị U(f) thì ta có thể xác định hằng số Planck, vì: tg Uf = eh ∆ ∆ = α
α - góc nghiêng của đồ thị với trục hồnh. U(V) ∆U 0 ∆E f Hình 2 III. CÁC BƯỚC THỰC HÀNH a. Tìm hiểu dụng cụ
1.Tế bào quang điện chân không. 2. Đèn quang phổ Hg.
3. Kính lọc sắc giao thoa có bước sóng khác nhau(λ1 = 366 nm, λ2 = 405 nm, λ3 = 436 nm
4. Nguồn nuôi đèn Hg. 5. Bảng lắp ráp.
6. Dây chống nhiễu.
7. Máy khuếch đại tín hiệu vạn năng. 8. Vôn kế. b. Sơ đồ thí nghiệm c. Đo đạc tính tốn 1. Trước 118 220V (3) Núm Zero 220V (6) (5)
Hình 3: Sơ đồ thí nghiệm hằng số Planck Nguồn ni đèn Đèn Hg (2) TB QĐ (1) Máy K Đ (7) (8) Vơn Kế
khi lắp kính lọc sắc cần chiếu sáng tế bào quang điện 10 giây để loại những khả năng gây nhiễu.
2. Lắp kính lọc sắc đợi 30 giây để cân bằng nhiệt trong tế bào quang điện rồi mới bắt đầu đo U.
3. Sử dung bộ khuếch đại và vôn kế để đo U. Chú ý cần thiết.
- Trong quá trình đo, giữa các phép đo, núm "zero" trên bộ khuếch đại luôn luôn để ở số 0.
- Thang của vôn kế không quá 2V
4. Lần lượt thay kính lọc sắc (từ λ1 đến λ5). Với mỗi kính lọc sắc đo ít nhất 3 giá trị của U để tính sai số.
5. Tính các tần số f tương ứng với các bước sóng đã cho theo cơng thức:
λ
c f =
Trong đó c = 3.108 m/s (vận tốc ánh sáng trong chân không) Dựa vào số hiệu đo U và tính f, lập bảng số liệu
f(Hg) f1= f2= f3= f4= f5= ∆f U1 Lần 1: Lần 2: Lần 3: U U ∆ Chú ý :
- Dựa vào quy tắc lấy sai số đối với các giá trị đá cho để lấy sai số của c và λ, từ đó
tính được sai số của f.
- Sai số của U dựa vào nhiều lần đo.
- Để tránh hỏng đèn Hg và tế bào quang điện:
+ Trong q trính đốt nóng đèn Hg không được di chuyển đèn.
+ Khi tiến hành thí nghiệm phải đo liên tục, và sau khi ngừng đo phải tắt ngay đèn Hg.
h = h ± ∆h
h = h ±ε%
Trong đó ε là sai số tương đối.
Căn cứ vào kết quả cuối cùng đánh giá kết quả thu được và nguyên nhân sai số.