弗蘭克-赫茲試驗(yàn)課件

1、夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)班級(jí)：電科091姓名：陸遙學(xué)號(hào)：09461120引言 1913 年丹麥物理學(xué)家玻爾（NBohr）提出并建立了玻爾原子模型理論，認(rèn)為有原子能級(jí)存在。光譜學(xué)的研究證明了原子能級(jí)的存在，原子光譜中的每根譜線都相應(yīng) 表示了原子從某一較高能態(tài)向另一較低能態(tài)躍遷時(shí)的輻射。然而，原子能級(jí)的存在除了可由光譜研究推得外，1914 年德國(guó)物理學(xué)家夫蘭克和赫茲用慢電子與稀薄氣體原子碰撞的方法，使原子從低能級(jí)激發(fā)到高能級(jí)。通過(guò)測(cè)量電子和原子碰撞時(shí)交換某一定值的能量，觀察測(cè)量到了 汞的激發(fā)電位和電離電位，直接證明了原子內(nèi)部量子化能級(jí)的存在，也證明了原子發(fā)生躍遷時(shí)吸收和發(fā)射能量是完全正確的、不連續(xù)的，為早一

2、年玻爾發(fā)表的原子結(jié) 構(gòu)理論的假說(shuō)提供了有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。 他們因此而分享了1925 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。其實(shí)驗(yàn)方法至今仍是探索原子結(jié)構(gòu)的重要手段之一。 玻爾因其原子模型理論獲 1922 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，而夫蘭克與赫茲的實(shí)驗(yàn)也于 1925年獲此大獎(jiǎng)。夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)與玻爾原子理論在物理學(xué)的發(fā)展史中起到了重要的作用。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定氬原子第一激發(fā)電位，從而證明原子分立態(tài)的存在。2.練習(xí)使用微機(jī)控制的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)原理1 原子具有分立的能量E1，E2，到En，正常狀態(tài)的原子不輻射也不吸收能量，稱為穩(wěn)定態(tài)。當(dāng)原子內(nèi)電子受激發(fā)從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)時(shí)，稱原子處于受激狀態(tài)。2 原子在能級(jí)

3、間躍遷時(shí)，從一定態(tài)Em躍遷到另一定態(tài)En，要發(fā)射或吸收一定的能量，并且滿足普朗克公式： hv=Em-En （式中h為普朗克常量, 為輻射或吸收電磁波的頻率.） 設(shè)氬原子的基態(tài)能量為E0，第一激發(fā)態(tài)的能量為 E1 ，初速為零的電子在電位差為V的加速電場(chǎng)作用下，獲得能量為 eV，具有這種能量的電子與氬原子發(fā)生碰撞，當(dāng)電子能量 eV E1-E0 時(shí)，電子與氬原子只能發(fā)生彈性碰撞，由于電子質(zhì)量比氬原子質(zhì)量小得多，電子能量損失很少。 如果 eV E1-E0 = E，則電子與氬原子會(huì)產(chǎn)生非彈性碰撞，氬原子從電子中取得能量E，而由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，E = eVC。相應(yīng)的電位差VC即為氖原子的第一激發(fā)電位

4、。電子撞擊P板產(chǎn)生電流IP經(jīng)VG2K加速電子與Ar原子碰撞加熱燈絲陰極產(chǎn)生熱電子減速電壓夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)儀面板電源開(kāi)關(guān)UG2輸出IP輸出自動(dòng)/手動(dòng)快速/慢速電壓顯示選擇IP顯示IP放大選擇電壓顯示UF調(diào)節(jié)UG1調(diào)節(jié)UP調(diào)節(jié)UG2調(diào)節(jié)實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容1. 根據(jù)儀器標(biāo)簽確定：燈絲電源電壓、VG1K、VG2A 。注意VG1K不得超過(guò)82V。2.手動(dòng)測(cè)量氬原子的IP-VG2K曲線，每變化1.0V測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，選擇60-80個(gè)數(shù)據(jù)作圖，標(biāo)出峰值，取第一個(gè)峰U1和第六個(gè)峰U6，利用 Ug=(U6-U1)/5 計(jì)算出氬原子的平均第一激發(fā)電位，和參考值Ug=11.39V 比較。3.測(cè)量出氬的第一激發(fā)電位U1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理不確定度注意事項(xiàng)1.所有儀器應(yīng)在接線檢查無(wú)誤后才能開(kāi)啟電源。開(kāi)關(guān)電源時(shí)應(yīng)將調(diào)節(jié)電位器左旋至零。2.在調(diào)節(jié)VG2和Vf時(shí)注意VG2和Vf的變化，VG2和Vf