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Jan 09, 2016
夫兰克——赫兹实验夫兰克——赫兹实验
班级:电科 091
姓名:陆遥学号: 09461120
引言• 1913 年丹麦物理学家玻尔( N . Boh
r )提出并建立了玻尔原子模型理论,认为有原子能级存在。光谱学的研究证明了原子能级的存在,原子光谱中的每根谱线都相应 表示了原子从某一较高能态向另一较低能态跃迁时的辐射。然而,原子能级的存在除了可由光谱研究推得外, 1914 年德国物理学家夫兰克和赫兹用慢电子与稀薄气体原子碰撞的方法,使原子从低能级激发到高能级。
• 通过测量电子和原子碰撞时交换某一定值的能量,观察测量到了 汞的激发电位和电离电位,直接证明了原子内部量子化能级的存在,也证明了原子发生跃迁时吸收和发射能量是完全正确的、不连续的,为早一年玻尔发表的原子结 构理论的假说提供了有力的实验证据。
• 他们因此而分享了 1925 年诺贝尔物理学奖。其实验方法至今仍是探索原子结构的重要手段之一。 玻尔因其原子模型理论获 1922 年诺贝尔物理学奖,而夫兰克与赫兹的实验也于 1925 年获此大奖。夫兰克 -赫兹实验与玻尔原子理论在物理学的发展史中起到了重要的作用。
实验目的
1.用实验的方法测定氩原子第一激发电位,从而证明原子分立态的存在。
2.练习使用微机控制的实验数据采集系统。
实验原理1 原子具有分立的能量 E1 , E2,到 En,正常状态的原子不辐射也不吸收能量,称为稳定态。当原子内电子受激发从低能级跃迁到高能级时,称原子处于受激状态。
2 原子在能级间跃迁时,从一定态 Em跃迁到另一定态 En,要发射或吸收一定的能量,并且满足普朗克公式: hv=Em-En
(式中 h为普朗克常量 , υ为辐射或吸收电磁波的频率 .)
设氩原子的基态能量为 E0,第一激发态的能量为 E1 ,初速为零的电子在电位差为 V的加速电场作用下,获得能量为 eV ,具有这种能量的电子与氩原子发生碰撞,当电子能量 eV < E1-E0 时,电子与氩原子只能发生弹性碰撞,由于电子质量比氩原子质量小得多,电子能量损失很少。
如果 eV ≥ E1-E0 = ΔE ,则电子与氩原子会产生非弹性碰撞,氩原子从电子中取得能量 ΔE ,而由基态跃迁到第一激发态, ΔE = eVC。相应的电位差 VC即为氖原子的第一激发电位。
电子撞击 P板产生电流 IP
经 VG2K加速
电子与 Ar原子碰撞
加热灯丝阴极产生热电子 减速电压
夫兰克—赫兹实验仪面板
电源开关
UG2输出 IP输出
自动 /手动 快速 /慢速
电压显示选择
IP显示 IP放大选择 电压显示
UF调节
UG1调节
UP调节
UG2调节
实 验 内 容
1. 根据仪器标签确定:灯丝电源电压、 VG1K 、 VG2A 。注意 VG1K 不得超过 82V 。
2. 手动测量氩原子的 IP-VG2K 曲线,每变化 1.0V测量一个点,选择 60-80 个数据作图,标出峰值,取第一个峰 U1 和第六个峰 U6 ,利用 Ug=(U6-U1)/5 计算出氩原子的平均第一激发电位,和参考值 Ug=11.39V 比较。
3. 测量出氩的第一激发电位 U1.
实验数据处理
不确定度
注意事项
1.所有仪器应在接线检查无误后才能开启电源。开关电源时应将调节电位器左旋至零。
2.在调节 VG2和 Vf时注意 VG2和 Vf的变化, VG2和 Vf过大会导致电子管电离,电子管电离后电流回流自发增大直至烧毁。一旦发现 Ip为负值或正值超过 10μA,迅速关机, 5分钟后重新开机。
谢 谢!