夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)

1、夫蘭克夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)赫茲實(shí)驗(yàn)普通物理普通物理( (近代物理近代物理) )實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)背景簡(jiǎn)介 1914年，德國(guó)格丁根大學(xué)的夫蘭克（JFrank)和哈雷大學(xué)的赫茲(G.Hertz）采用慢電子轟擊原子的方法，利用兩者的非彈性碰撞將原子激發(fā)到較高能級(jí)。直接證明了原子內(nèi)部量子化能級(jí)的存在，給玻爾的原子理論提供了直接的而且是獨(dú)立于光譜研究方法的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。因此他們獲得了1925年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。夫蘭克赫茲夫蘭克夫蘭克- -赫茲實(shí)驗(yàn)赫茲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器思考問題思考問題實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 了解夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)的原理和方法。

2、 2. 測(cè)定氬原子的第一激發(fā)電位，驗(yàn)證原子能級(jí)的存在。 實(shí)驗(yàn)儀器 微機(jī)夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀1.控制軟件主界面 2.夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)管接線盒 3.夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀控制箱 實(shí)驗(yàn)原理 一、玻爾的原子模型理論： 1. 原子只能較長(zhǎng)地停留在一些穩(wěn)定狀態(tài)(簡(jiǎn)稱為能級(jí))。原子處在這些能級(jí)時(shí)，不發(fā)射或吸收能量；原子在各能級(jí)時(shí)有確定的能量，其數(shù)值是彼此分隔的。原子的能量不論通過什么方式發(fā)生改變，它只能從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)。 2.原子從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)而發(fā)射或吸收輻射時(shí)，輻射頻率是一定的。如果用Em和En代表有關(guān)兩能級(jí)的能量的話，輻射的頻率 由如下關(guān)系確定： nmEEh 二、慢電子轟擊： 為了使原子

3、從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，最簡(jiǎn)單的方法可以通過讓具有一定能量的電子與原子相碰撞進(jìn)行能量交換的辦法來實(shí)現(xiàn)。初速度為零的電子經(jīng)加速電場(chǎng)獲得能量eVC, 如以E1代表氣體原子的基態(tài)能量、E2代表原子的第一激發(fā)態(tài)能量，那么當(dāng)該氣體原子接受從電子傳遞來的能量恰好為 時(shí)，氣體原子就會(huì)從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)。相應(yīng)的電勢(shì)差VC稱為該氣體元素的第一激發(fā)電勢(shì)(或稱中肯電勢(shì))。測(cè)定出這個(gè)電勢(shì)差VC，就可以求出基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間的能量差。12CeVEE 三、夫蘭克-赫茲管結(jié)構(gòu)： 燈絲電壓Vf給燈絲和陰極K加熱，熱陰極K發(fā)出電子，陰極K和第一柵極G1之間的加速電壓VG1K，用于消除陰極電子散射的影響，陰極K和第二柵極G2

4、之間的加速電壓VG2K使電子加速。在板極A和第二柵極G2間設(shè)置減速電壓（拒斥電壓）VG2A。夫蘭克-赫茲管結(jié)構(gòu)四、夫蘭克-赫茲曲線： 當(dāng)電子穿越KG2空間進(jìn)入G2A空間時(shí)，如果有較大的能量(eVG2A)，就能沖過拒斥電場(chǎng)而到達(dá)陽極形成陽極電流IA；如果電子在KG2空間與氬原子發(fā)生非彈性碰撞，把自己一部分能量給了氬原子，電子本身所剩余的能量就很小，以致通過第二柵極后已不足以克服拒斥電場(chǎng)而被擋回，這時(shí)通過電流計(jì)的電流就將顯著減小。逐漸增大VG2K值，就能觀察到如圖所示的IAVG2K曲線（夫蘭克-赫茲曲線）。夫蘭克-赫茲曲線實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 測(cè)量氬原子的第一激發(fā)電位（1）將所有電位器逆時(shí)針旋到底，確認(rèn)儀

5、器電源處于關(guān)閉狀態(tài)，按連線原理圖將儀器電壓輸出旋鈕和夫蘭克赫茲管對(duì)應(yīng)旋鈕相連；（2）檢查無誤后，打開電源，工作方式選擇“程控”，并預(yù)熱數(shù)分鐘；（3）設(shè)定好燈絲電壓、第一柵極電壓、拒斥電壓；（4）啟動(dòng)控制軟件，采用程控方式聯(lián)機(jī)自動(dòng)掃描IAVG2K關(guān)系曲線；（5）打印IAVG2K關(guān)系曲線；（6）在手動(dòng)方式下，調(diào)節(jié)步進(jìn)電壓VG2K，觀察IA隨VG2K的變化關(guān)系。2. 分析燈絲電壓、第一柵極電壓、拒斥電壓三參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。數(shù)據(jù)處理1. 根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示的IAVG2K曲線，讀取各峰所對(duì)應(yīng)的電壓值，用逐差法求出氬原子第一激發(fā)電位，數(shù)據(jù)記入下表，并與公認(rèn)值VC0=11.5V伏比較，求誤差。 峰位123456測(cè)量值峰值峰值峰值峰值峰值峰值VG2K/VIA/nA2. 通過改變燈絲電壓、第一柵極電壓、拒斥電壓，觀察三參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線的影響，分析三參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的微觀機(jī)理。注意事項(xiàng)1. 按說明書認(rèn)真連接控制箱和夫蘭克-赫茲管，嚴(yán)禁違規(guī)操作，避免發(fā)生短路，損壞儀器。2. 柵壓和燈絲電壓不能過大，以免夫蘭克赫茲管電離而損壞儀器。3. 燈絲電壓不能過低或過高，以免陰