普朗克常数的直接光电测定

20世纪初，光电效应是一种令人困惑的现象。所谓光电效应，是指当某种材料受到光照时会发射电子的现象。经典的波动理论预测，电子的能量应该随着光强度的增加而增加，而与光的频率无关。然而，实验结果却显示出不同的特性：

阈值频率：光的频率低于某一特定值时，无论光的强度如何，都无法激发电子。

光强与动能：增加光的强度只会增加发射电子的数量，而不会影响电子的动能。

1905年，阿尔伯特·爱因斯坦借助马克斯·普朗克的量子辐射理论解释了光电效应。他提出，光由能量为E=hν的离散能量包（光子）组成，其中 ν为光的频率，h为普朗克常数。当光子与电子碰撞时，会将其能量传递给电子。电子的动能可以用以下公式表示：K.E.=hν−ϕ。其中，ϕ为材料的逸出功。

爱因斯坦的理论彻底颠覆了经典物理学，引入了光的量子性质。然而，这一理论在当时受到广泛质疑。密立根虽也是量子理论的怀疑者，但他决定通过实验验证爱因斯坦的方程。

密立根的实验是一项极为精确和巧妙的设计。他的目标是通过研究光电效应在可控条件下的表现，直接测定普朗克常数h和逸出功ϕ。以下是其实验方法的详细介绍：

1. 实验装置

密立根设计了一个高度可控的真空管，管内包含一个光敏表面（通常由钠或锂等碱金属制成）。实验装置的主要组成部分包括：

单色光源：使用不同频率的单色光照射光敏材料。

可调节的截止电压：通过外加电压阻止电子到达收集电极，并测量截止电压V₀。

高精度测量工具：密立根确保对截止电压和光的频率测量的高度精确，同时消除了杂散光、表面不规则性等误差来源。

2. 核心测量