夫兰克-赫兹实验精要.ppt

夫兰克-赫兹实验 背景简介 1914年，德国格丁根大学的夫兰克（J．Frank)和哈雷大学的赫兹(G.Hertz）采用慢电子轰击原子的方法，利用两者的非弹性碰撞将原子激发到较高能级。直接证明了原子内部量子化能级的存在，给玻尔的原子理论提供了直接的而且是独立于光谱研究方法的实验证据。因此他们获得了1925年的诺贝尔物理学奖。 实验目的 1. 了解夫兰克-赫兹实验的原理和方法。 2. 测定氩原子的第一激发电位，验证原子能级的存在。 实验仪器 实验原理 一、玻尔的原子模型理论： 1. 原子只能较长地停留在一些稳定状态(简称为能级)。原子处在这些能级时，不发射或吸收能量；原子在各能级时有确定的能量，其数值是彼此分隔的。原子的能量不论通过什么方式发生改变，它只能从一个能级跃迁到另一个能级。 2.原子从一个能级跃迁到另一个能级而发射或吸收辐射时，辐射频率是一定的。如果用Em和En代表有关两能级的能量的话，辐射的频率 由如下关系确定： 二、慢电子轰击： 为了使原子从低能级向高能级跃迁，最简单的方法可以通过让具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换的办法来实现。初速度为零的电子经加速电场获得能量eVC, 如以E1代表气体原子的基态能量、E2代表原子的第一激发态能量，那么当该气体原子接受从电子传递来的能量恰好为 时，气体原子就会从基态跃迁到第一激发态。相应的电势差VC称为该气体元素的第一激发电势(或称中肯电势)。测定出这个电势差VC，就可以求出基态和第一激发态之间的能量差。 三、夫兰克-赫兹管结构： 灯丝电压Vf给灯丝和阴极K加热，热阴极K发出电子，阴极K和第一栅极G1之间的加速电压VG1K，用于消除阴极电子散射的影响，阴极K和第二栅极G2之间的加速电压VG2K使电子加速。在板极A和第二栅极G2间设置减速电压（拒斥电压）VG2A。 四、夫兰克-赫兹曲线： 当电子穿越KG2空间进入G2A空间时，如果有较大的能量(≥eVG2A)，就能冲过拒斥电场而到达阳极形成阳极电流IA；如果电子在KG2空间与氩原子发生非弹性碰撞，把自己一部分能量给了氩原子，电子本身所剩余的能量就很小，以致通过第二栅极后已不足以克服拒斥电场而被挡回，这时通过电流计的电流就将显著减小。逐渐增大VG2K值，就能观察到如图所示的IA～VG2K曲线（夫兰克-赫兹曲线）。 实验内容 1. 测量氩原子的第一激发电位 （1）将所有电位器逆时针旋到底，确认仪器电源处于关闭状态，按连线原理图将仪器电压输出旋钮和夫兰克－赫兹管对应旋钮相连； （2）检查无误后，打开电源，工作方式选择“程控”，并预热数分钟； （3）设定好灯丝电压、第一栅极电压、拒斥电压； （4）启动控制软件，采用程控方式联机自动扫描IA～VG2K关系曲线； （5）打印IA～VG2K关系曲线； （6）在手动方式下，调节步进电压VG2K，观察IA随VG2K的变化关系。 2. 分析灯丝电压、第一栅极电压、拒斥电压三参数对实验结果的影响。 数据处理 1. 根据计算机显示的IA～VG2K曲线，读取各峰所对应的电压值，用逐差 法求出氩原子第一激发电位，数据记入下表，并与公认值VC0=11.5V伏比 较，求误差。 注意事项 1. 按说明书认真连接控制箱和夫兰克-赫兹管，严禁违规操作，避免发生短路，损坏仪器。 2. 栅压和灯丝电压不能过大，以免夫兰克－赫兹管电离而损坏仪器。 3. 灯丝电压不能过低或过高，以免阴极中毒或灯丝老化。 4. 必须将仪器面板上各电压调节电位器逆时针转到底，再开关电源。 思考问题 1. 如何进行调整参数测量较高的激发电位 ； 2. 如何测量阴极和栅极的接触电位差。 * 普通物理(近代物理)实验 夫兰克 赫兹 夫兰克-赫兹实验 实验目的 实验仪器 思考问题 实验原理 实验内容 数据处理 注意事项 微机夫兰克-赫兹实验仪 1.控制软件主界面 2.夫兰克-赫兹实验管接线盒 3.夫兰克-赫兹实验仪控制箱 夫兰克-赫兹管结构 夫兰克-赫兹曲线 IA/nA VG2K/V 峰值 峰值 峰值 峰值 峰值 峰值 测量值 6 5 4 3 2 1 峰位 2. 通过改变灯丝电压、第一栅极电压、拒斥电压，观察三参数对实验曲线的影响，分析三参数对实验结果影响的微观机理。 *