实验三夫兰克----赫兹实验.PDF

实 验 三 夫兰克赫兹实验 一、实验目的： （1）认识原子存在的能级 （2）测定氖原子的第一激发电位 二、实验仪器： （1）夫兰克——赫兹实验仪一套 （2） 也可采用示波器、记录仪或计算机接受Ip 三、实验原理 一九一四年，夫兰克——赫兹发现水银放电管中水银蒸气的原子,有选择的吸 收某一具有特定动能的电子的能量。这种能量的吸收可用电子管电流值的变化表 示出来，这个电流的变化随着电子加速电压的增加具有明显的周期性和等间距的 极大和极小值，这就是夫兰克——赫兹实验。今天我们用作夫兰克-赫兹实验的 放电管是充氖的放电管。因为氖气在常温下是气体，所以不必加热，温度变化对 实验值几乎没有影响。 电子与原子碰撞过程可以用以下方程表示: 1 2 1 2 1 1 mv  MV  mv MVE 2 e 2 2 e 2 其中m 是电子质量，M是原子质量，v是电子的碰撞前速度，v是电子碰撞后 e 速度，E为内能项。由于原子的内能是不连续的，所以电子的动能小于原子第 一激发态时，电子与原子发生弹性碰撞E=0。当电子的动能大于原子的第一激 发态时，电子的动能转换为原子的内能E E 。E为原子的第一激发态。 1 1 在图中 为加热灯丝的阴极电压，在其作用下产生热电子。在阴极和栅极 V f 之间加可调的加速电压V ，热电子从阴极出发经过KG之间的电场逐渐加速， G2 当电子的动能与原子的第一激发态能量相同时，动能转换为原子的内能，电子动 能损失。电子在电场作用下重新加速获得动能直到动能重新等于原子的第一激发 态能量或电子穿过栅极G。当电子穿过栅极G后受到G P减速电场的作用，电 子动能只有大于eV 才能达到阳极P形成阳极电流I 。由此可以得到阳极电 GP P 流 I 与加速电压V 曲线如图(2)。 P KG 该曲线的明显特征是曲线相邻两峰值或相邻两谷值之间对应的电压差值等 于待测气体的第一激发电位.从而证明原子能量状态的不连续. 以上实验也可在栅极附近加一控制极栅极成为四极结构,如图(3)所示. 图中G为控制极其作是消除电子在阴极附近的堆积效应,起到控制电子流大 1 小的作用. 四、仪器结构 FD-FH-I夫兰克-赫兹仪结构如图(4)面板、图(5)后盖板： （1）电压指示：通过波段开关分别 、 、V 、 （衰减10倍）。 V V P V f G1 G2 （2）I 电流增益波段开关：1A、100 、10 、1 。 P nA nA nA （ 3 ） I 电流 指 示 ： 电 流 = 波段 开 关 指 示 值  示值 /100 ( 如 P 300100nA/100=300nA). （4）电源开关(灯具开关)。 （5）V 输出(衰减10倍)。输出=V /10。 G2 G2 （6）V 扫描开关：拨至“手调”时由多圈电位器调节；拨至“扫描”时由多圈电 G2 位器所调的电压扫描至0V。 （7） 扫描速度开关。 V G2 （8）I 输出：接示波器、记录仪或计算机接口。 P （9） 电压指示波段开关：改变电压表指示的电压。各电压的调节电位器：（顺 时针电压增大）。 （10） 电压调节旋钮。 V