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这是实验方案,尚不代表经过实测验证。请先阅读安全说明;保留原始数据,AI 的分析也需要核对。

LED 估普朗克常数

不同颜色的 LED,点亮电压不一样。差值里藏着一个常数。

需要 万用表、10kΩ 多圈电位器、5 种不同颜色的 LED(红/黄/绿/蓝/紫)、电池盒(3–5V)、面包板或直接焊
时间 1 小时
花费 ¥30
难度 ★★★
验收 算出 3×10⁻³⁴ 到 9×10⁻³⁴ 之间的数,且电压随波长单调变化

为什么值得做

LED 发光的条件是:电子跨过半导体带隙,放出一个光子。光子能量 E = hc/λ,而带隙近似等于点亮电压乘电子电荷 E ≈ eV。

所以:波长越短,需要点亮的电压越高。把 5 个点测出来画一条线,斜率就能反推普朗克常数。

这是少数几个用几十块钱在家测出量子力学常数的实验。

怎么做

  1. 查(或估)每种 LED 的峰值波长:红 630nm、黄 590nm、绿 525nm、蓝 470nm、紫 405nm。买的时候商品页一般有。
  2. 接电路:电池 → 多圈电位器 → LED → 回电池。万用表电压档跨在 LED 两端。
  3. 在暗室里,从 0 开始慢慢调电位器升压。眼睛贴近 LED(别直射),记下"刚能看出一点光"时的电压。
  4. 每种颜色做 3 次,取平均。
  5. 画 V 对 1/λ 的图,拟合斜率 k,则
h = k × e / c

其中 e = 1.602×10⁻¹⁹ C,c = 3×10⁸ m/s。

算一下

典型数据:

颜色 λ (nm) V_on (V)
红 630 1.8
黄 590 1.9
绿 525 2.2
蓝 470 2.7
紫 405 3.0

斜率约 1.4×10⁻⁶ V·m,算出来 h ≈ 7×10⁻³⁴ J·s(真值 6.63×10⁻³⁴)。数量级对就算成功。

坑

想再往前一步

安全

电压 ≤ 5V,安全。不要直视 LED,尤其是紫光和蓝光。


做完把结果贴到 RESULTS.md。

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