利用固体物理LED发光原理测量普朗克常数

凌 涛，胡海宁，彭 麟，王 莹

（上海电力学院，上海 201300）

利用固体物理LED发光原理测量普朗克常数

凌 涛，胡海宁，彭 麟，王 莹∗

（上海电力学院，上海 201300）

普朗克常数是物理学中一个重要的常数，利用二极管的量子特性探讨运用发光二极管来测量普朗克常数。通过测量二极管的伏安曲线，确定其阈值电压，根据相关量子理论，间接得出普朗克常数，通过与光电效应法测量普朗克常数的测量结果相比较，结果表明此误差略大，但作为一种新型的实验方法探索，对于开拓学生的综合素养还是非常有益的。

普朗克常数；发光二极管；阈值电压

普朗克常数是近代物理学中一个具有重要意义的自然常数。测量普朗克常数的方法有波尔理论法［1］、黑体辐射法［2］、色散法［3］、光电效应法［4］等多种方法。多数教材采用光电效应方法来测来普朗克常数值。这里运用发光二极管来来测量普朗克常数，加深对发光二极管工作原理的理解，探索利用二极管的量子特性来测量普朗克常数。

采用LED发光二极管，对其伏安曲线进行测量，根据相关公式求得普朗克常数，根据这一原理开发了一套普朗克常数测定仪。

图1　普朗克常数测定仪实验装置图

图2　实验装置原理图

2　原理与方法

实验过程中，精确的测量了红、黄、绿3种不同颜色的LED伏安特性曲线，测量的实验原理图如图2。采用对伏安特性曲线做切线的方法确定阈值电压:切线与电压轴的交点。

3　实验数据与结果

不同颜色的LED的U-V结果见表1。

表1　不同颜色的LED的U-V曲线

图3　发光二极管伏安特性曲线

光电效应法测定普朗克常数:

表2　不同颜色的滤波片的截止电压U

利用光电效应测量普朗克常数实验，主要通过测量截止电压与频率的关系，从而求出h值。我们测量了5种不同颜色的滤波片下截止电压的数值，如表1-1所示。根据相关公式我们得出h= 6.64×10-34j·s，误差为5.27%。

3　结 论

新方法原理直接、易懂，设备简单。另外，这是一个“大学生科创项目”的一个作品，在设计制作本仪器的过程中，学生的动手能力和综合素质得到了很好的锻炼。与传统的光电效应法相比LED法误差还是有点大。该实验的误差来源主要来自于两个因素:LED发光过程中，会发生红移现象，波长变长，所以普朗克常数测量值都偏小。另外，电流表采取的是外接法，测得的LED两端的电流偏大。

［1］ 曾庆明，用玻尔理论测量普朗克常数［J］.景德镇高专学报，2005，20（2）:20-22.

［2］ 阔春宗，黑体辐射测定普朗克常数［J］.松辽学刊，1994（2）:41-44.

［3］ 刘绒侠.利用色散法探索玻尔氢原子理论测量普朗克常数［J］.大学物理实验，2008，21（3）:4-7.

［4］ 王云志.光电效应测普朗克常数的数据处理及误差分析［J］.大学物理实验，2011，24（2）:93-95.

［5］ 陆廷济，费定曜，胡德敬，等.大学物理实验［M］.上海:同济大学出版社.1996.

［6］ 何杰，夏建白.半导体科学与技术［M］.北京:科学出版社，2007:68-69.

Measuring Planck Constant Using a New Method

LING Tao，HU Hai-ning，PENG Lin，WANG Ying
（Power College of Shanghai，Shanghai 210030）

We got the forward threshold voltage by measuring the current-voltage characteristic of light emitting diode（LED）.Then，the Planck constant can be determined by our theory.The experiment results show that the theoretical value of Planck constant is in accord with the experiment data.

Planck constant；light emitting diode；current-voltage characteristics

O433.1

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.02.015

1007-2934（2015）02-0055-02

2014-10-23

上海电力学院课程建设项目（YKJ-2014010）；上海电力学院大学生科创项目（2012-10256-122）

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